碳纳米管的制备演示文稿

碳纳米管的制备演示文稿6/16/2023当前第1页\共有19页\编于星期五\7点6/16/2023优选碳纳米管的制备当前第2页\共有19页\编于星期五\7点碳纳米管制备的发展历程1991年电弧放电法首次得到了碳纳米管1996年激光蒸发法化学气相沉积法水热法、凝聚相电解生成法等当前第3页\共有19页\编于星期五\7点碳纳米管的制备微观尺度微观尺度上,碳纳米管的生长是碳原子自组装成一维管状结构的过程,即碳原子形成六元环或五七元环卷曲形成具有特定螺旋角的过程当前第4页\共有19页\编于星期五\7点石墨电弧法在真空反应室中充惰性气体或氢气,采用较粗大的石墨棒为阴极,细石墨棒为阳极,在电弧放电的过程中阳极石墨棒不断的被消耗,同时在石墨阴极上沉积出含有纳米碳管的产物当前第5页\共有19页\编于星期五\7点石墨电弧法的优缺点优点：简单快速的特点,而且制得的纳米碳管管直、结晶度高缺点：生产的纳米碳管缺陷较多,且纳米碳管烧结成束,束中还存在很多非晶碳杂质。究其原因是电弧温度高达3000~3700℃,形成的纳米碳管被烧结于一体,造成较多的缺陷。产量少当前第6页\共有19页\编于星期五\7点激光蒸发法利用高能量密度激光在特定的气氛下照射含催化剂的石墨靶，激发出来的碳原子和催化剂颗粒被气流从高温区带向低温区利用高能量密度激光在特定的气氛下照射含催化剂的石墨靶，激发出来的碳原子和催化剂颗粒被气流从高温区带向低温区。当前第7页\共有19页\编于星期五\7点激光蒸发法的优缺点优点：此法在纳米碳管生长过程中,端部层与层的边缘碳原子可以成键,从而避免端部的封口,促使多壁纳米碳管生长。缺点：制备纳米碳管的成本较高,难以推广应用。一般多用于生产单壁碳纳米管当前第8页\共有19页\编于星期五\7点催化热解法又叫化学气相沉积法,含有碳的气体流经催化剂纳米颗粒表面时分解产生碳原子,在催化剂表面生成碳纳米管.基体法利用石墨或陶瓷等作载体,将催化剂附着于其上,高温下通入含碳气体使之分解并在催化剂颗粒上长出碳纳米管;浮游法就是直接加热催化剂前驱体使其成气态,同时与气态烃一起被引入反应室,在不同温区各自分解,分解的催化剂原子逐渐聚集成纳米级颗粒,浮游在反应空间,分解的碳原子在催化剂颗粒上析出,形成碳纳米管。当前第9页\共有19页\编于星期五\7点催化热解法的优缺点优点：条件可控、容易批量生产等优点,自发现以来受到极大关注,成为纳米碳管的主要合成方法之一。缺点:含有许多杂质,需要进一步纯化,且碳纳米管缠绕成微米级大团,还需要进一步进行分散处理当前第10页\共有19页\编于星期五\7点碳纳米管合成的工程原理宏观尺度宏观尺度上连续生产碳纳米管,涉及多相催化工程、反应工程以及应用探索、市场开拓等复杂工程.当前第11页\共有19页\编于星期五\7点碳纳米管合成的工程原理催化剂设计团聚结构控制传递与反应反应器与过程社会与环境碳管组装聚合调节化学反应工程过程开发当前第12页\共有19页\编于星期五\7点碳纳米管合成的工程原理催化剂设计原子尺度上的碳纳米管生长:包括碳纳米管生长条件和生长机理、催化剂设计以及单根碳纳米管的可控制备.许多碳纳米管产品的特性,如管壁数、管径、长度、缺陷、手性和石墨化程度等，均取决于这个尺度上的物理化学基础控制.当前第13页\共有19页\编于星期五\7点碳纳米管合成的工程原理团聚结构控制介观尺度上的碳纳米管团聚:高长径比的纳米材料生长若不形成特定的结构相互作用,则会存在其一维结构的失稳现象。高密度进行生长时,在范德华力等相互作用下,碳纳米管开始聚集形成聚团状碳纳米管、定向垂直碳纳米管和水平生长的超长碳纳米管等。碳纳米管的聚集结构是其原子结构与批量制备的桥梁。当前第14页\共有19页\编于星期五\7点碳纳米管合成的工程原理传递与反应反应器尺度的传递现象及碳纳米管的生长动力学:碳纳米管生长过程包含巨大的密度、体积变化以及由此带来的聚团结构、反应与流动状态的变化。这种变化需要控制反应器的温度和浓度等核心生长条件。尽管碳纳米管的生长和高分子聚合有相似之处,但是碳纳米管的分子量更高,其相关的反应传递特性与高分子加工显著不同,进而相关的传统加工理念必须做出调整才能够适应类似碳纳米管的纳米材料的宏量制备。当前第15页\共有19页\编于星期五\7点碳纳米管的工程原理反应器与过程宏观尺度的过程设计与强化:过程尺度设计是实现碳纳米管产业化最为主要的工程工作;而过程进一步强化,如使用更好的加工工艺操作、设计新的催化路线以及发展经济型原料和进料方式,可以有效提高过程的效率。当前第16页\共有19页\编于星期五\7点碳纳米管合成的工程原理社会与环境碳纳米管实用化尺度涉及的环境和生态方面的考虑,以及碳纳米管的包装、运输、应用、标准化和商品化:随着碳纳米管的批量制备的增加和应用越来越广,普通公众也会越来越多地接触碳纳米管及其衍生产品。这些产品不仅在性能上产生了社会与经济效益,同时也可能对人体健康和生物圈的安全性带来影响当前第17页\共有19页\编于星期五\7点碳纳米管的种类单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、双壁碳纳米管、定向碳纳米管、超