多壁碳纳米管的纯化方法

多壁碳纳米管浆料是一种由多壁碳纳米管分散在溶剂中形成的悬浮液，也称为多壁碳纳米管水性浆料或多壁碳纳米管分散液。它具有优异的物理和化学性能，如高导电性、高稳定性、高耐腐蚀性和高耐磨性等，因此在许多领域都有广泛的应用前景。

多壁碳纳米管浆料的主要成分包括多壁碳纳米管、溶剂和分散剂。其中，多壁碳纳米管是主体，起到主要的导电作用；溶剂是分散介质，起到使碳纳米管分散的作用；分散剂则是用来防止碳纳米管在溶剂中发生聚沉，使碳纳米管能够稳定地悬浮在溶剂中。

制备多壁碳纳米管浆料的方法主要有物理分散法和化学分散法两种。物理分散法是通过机械搅拌、超声波振荡等方式将碳纳米管分散在溶剂中，该方法简单易行，但制备的浆料质量较低。化学分散法则是在碳纳米管表面引入一些活性基团，使其与溶剂分子之间产生相互作用，从而更容易在溶剂中分散。

多壁碳纳米管浆料的应用非常广泛。在电子领域，可用于制造柔性电极材料、电子器件等；在新能源领域，可作为导电添加剂用于提高电极材料的导电性能；在复合材料领域，可与其它材料复合制备高性能复合材料；在生物医学领域，可用于药物传输、生物成像和肿瘤治疗等。

总之，多壁碳纳米管浆料是一种具有优异性能的新型材料，其制备和应用研究已成为当前材料科学研究的热点之一。随着研究的深入，多壁碳纳米管浆料将在更多领域得到应用，为人类的生活和经济发展带来更多的益处。

碳纳米管的合成和应用

碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs)是由纯碳构成的一种纳米材料，以其独特的物理和化学性质，在材料科学、生物医学等众多领域都有重要的应用和研究价值。本文将从碳纳米管的合成方法、结构特征以及应用等方面进行讨论。

一、碳纳米管的合成方法

碳纳米管最早是由日本科学家Sumio Iijima于1991年发现，并提出了一种制备碳纳米管的方法——电弧放电法。该方法是通过电弧放电在高温下制备，得到的碳纳米管平均直径为10-20nm。随后，人们发现在碳纳米管形成的高温条件下，化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition, CVD)也可以用来合成碳纳米管。通过CVD法合成的碳纳米管平均直径可以达到数纳米级别。

此外，离子束辅助CVD、体积扩散法、等离子炮击法等方法也被用来合成碳纳米管。这些方法各有优缺点，可以根据具体应用需求选择合适的方法。

二、碳纳米管的结构特征

碳纳米管分为单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes,

SWNTs)和多壁碳纳米管(Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWNTs)两种。SWNTs是由一个或几个碳原子层叠而成的单层碳纳米管，直径在1-2nm左右；MWNTs则是由多层碳原子管叠加在一起构成的，直径在10-30nm左右。

SWNTs的结构主要包括芳香环、周边的螺旋结构以及端部的官能团等。SWNTs具有高比表面积和高机械性能，同时还有超疏水性、高导电性和热导率等重要的物理和化学性质。

MWNTs的壁层数越多，直径越大，内壁和外壁之间的距离也越大。MWNTs的直径越大，其比表面积也越小，但其机械性能就越强。MWNTs和SWNTs相比，其电导率、热导率和力学性能都要略低。同时，MWNTs相较于SWNTs更便于分散处理，应用更为广泛。

除了单壁和多壁两种结构外，根据碳纳米管的管径、手性和烯结构等进一步可将碳纳米管细分为不同类型，如外径为几百纳米的纳米线状碳纳米管和手性控制的带有特定电学性质的碳纳米管等。这些碳纳米管的结构特征也符合半导体和金属材料等复合材料的制备要求，具有巨大的研究和发展前景。

当代化工研究Modern Chemical Research150科研开发2020 ・ 16

碳纳米管的制备方法

*潘苏寅（北京化工大学北京100000）

摘耍：碳纳米管属于相对较新的纳米材料，已经被人们公知了近30年，但是他们的历史要更长一些。最早在1952年Radushkevich和 Lukyanovich111观察到并且描述了碳纳米管，后来在1976年由Oberl等人⑵观察到单壁或双壁碳纳米管。1991年，Iijima是第一位在测试一 种用于C60碳分子制造的新电弧蒸发方法中描述了多壁碳纳米管制备过程的科学家［現1993年，Iijima和Bethune在各自的研究中描述了描 述单壁碳纳米管的生长过程［㈠】。单壁碳纳米管由一扌艮石墨烯管组成，而多壁碳纳米管由几根同心的石墨烯管组成，一个石墨管安装在另 一个石墨管内。碳纳米管的直径从单壁碳纳米管情况下的几纳米变化到多壁碳纳米管情况下的几十纳米。碳纳米管的长慶通常在微米范围 内⑹。多壁碳纳米管最简单的例子是双壁碳纳米管，它们结合了单壁碳纳米管的优异性能，因此比简单的单壁碳纳米管具有多个优势(例 如，更高的稳定性和刚度或内管和外管的独立掺杂)。⑺自Iijima发现发表以来，碳纳米管因其独特的电，机械，光学，热和其他特性而 开始广泛用于许多应用。碳纳米管的应用通常由碳纳米管的结构(壁的数量，直径，长度，手性角等)决定，碳纳米管具有特殊的性能。 碳纳米管的可能应用包括导电膜，太阳能电池，燃料电池，超级电容器，晶体管，存储器，显示器，分离膜和过滤器，净化系统，传感 器，衣服等。大量的碳纳米管可以使用各种方法生产。它们各自具有一些优点和缺点，导致产生不同的生长结果，因此选择合适的生产方 法就显得尤为重要。本研究的目的是简要概述用于碳纳米管合成的方法。关键词：碳纳米管；合成方法 中图分类号：T 文献标识码：APreparation Method of Carbon Nano TubePan Suyin(Beijing University of Chemical Technology, Beijing, 100000)Abstracts Carbon nanotubes are relatively new nanomaterials and have been knownfor nearly 30 years, but their history is longer. As early as 1952, Radushkevich and Lukyanovich observed and described carbon nanotubes, and in 1976, Oberl observed single-walled or double-called carbon nanotubes. In 1991, Iijima was the first scientist to describe the preparation process of multi-walled carbon nanotubes in testing a new arc evaporation method for C60 carbon moleculeproduction. In 1993, Iijima and Bethune described the growth process of single-balled carbon nanotubes in their respective studies. Single-Balled carbon nanotubes are composed ofone graphene tube, while multi-walled carbon nanotubes are composed of several concentric graphene tubes, with one graphite tube installed in the other. The diameter ofcarbon nanotubes changesfrom afew nanometers in the case cfsingle-balled carbon nanotubes to tens of nanometers in the case ofmulti-balled carbon nanotubes. The length of carbon nanotubes is usually in the micrometer range. The simplest example of multi-walled carbon nanotubes is double-called carbon nanotubes, which combine the excellentperformance cfsingle-balled carbon nanotubes and thus have multiple advantages over simple single-walled carbon nanotubes (e.g., higher stability and rigidity or independent doping ofinner and outer tubes). Since Iijima's discovery was published, carbon nanotubes have been widely used in many applications due to their unique electrical, mechanical, optical, thermal and other characteristics. Possible applications of carbon nanotubes include conductive films, solar cells, Juel cells, supercapacitors, transistors, memories, displays, separation membranes and filters, purification systems, sensors, clothing, etc. A large number ofcarbon nanotubes can be produced using various methods. Each ofthem has some advantages and disadvantages, resulting in different growth results, so it is particularly important to choose the appropriate production method. The purpose of this study is to briefly summarize the methods used in the synthesis ofcarbon nanotubes.Key wordsz carbon nanotubes； synthetic method常见的碳纳米管合成方法包括电弧放电法、激光烧蚀 法、化学气相沉积法、火焰热解法和自下而上的有机方法。1.电弧放电法电弧放电属于使用较高温度（高于1700°C）进行碳纳米 管合成的方法，与其他技术相比，电弧放电通常会导致具有 较少结构缺陷的碳纳米管生长。以多壁碳纳米管为例，在确保所有生长条件的情况 下，多壁碳纳米管的电弧放电合成非常简单。最常用的方 法是在充满大气压氨气的室内，在两个通常为水冷的石墨 电极之间使用DC电弧放电，该电极的直径在6-12mm之间。 然而，也有使用氢气或甲烷作反应环境的其他一些实验。 例如，Ebbesen和Ajayan使用了标准电弧放电技术的一种变 体，Iijima也将其用于He反应环境下的富勒烯合成，以获得 大规模的碳纳米管合成。在一定条件下，可获得高产率的纯 纳米管和纳米级颗粒。纯度和产率敏感取决于反应容器中的 气压间。Wang等人表明，不同的气氛明显影响碳纳米管的最 终形态。他们使用He和甲烷中的石墨电极的DC电弧放电。 通过在高压CH。气体和高电弧电流下蒸发，获得了点缀有许 多碳纳米粒子的厚纳米管。另一方面，对于直径为6mm的阳 极，在CH。气压为50Mm Hg且电弧电流为20A的条件下，可获 得细而长的多壁碳纳米管面。发现在CH。气体中蒸发的情况 比在He气体中的碳纳米管形态变化更明显问。不同的工作 中，Zhao等人用氢气气氛制备细而长的多壁碳纳米管。通过 与氨气和甲烷气体进行比较，发现差异很大。也就是说，h2 气体中几乎没有碳烟，但是在CH。和He气体中的蒸发中观察 到更多的碳烟⑴〕。在三种有机气氛（乙醇，丙酮和己烷） 中的电弧放电所产生的多壁碳纳米管至少比氮气中的多两 倍。可以解释如下：与氨相反，丙酮，乙醇和己烷可以被电

多壁碳纳米管的有机修饰与表征

刘道辉;吕兆萍;窦国庆;王海洋;王瑞海

【摘 要】In order to increase the multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs)

surface reaction properties, the organic diamine functionalized MWCNTs

was obtained by treated MWCNTS with H2SO4 and HNO3 reluxed with

SOC12 and synthesized 3,6 diamino-N-ethylcarbazole. FTIR was used to

characterize their chemical structure. The IR results indicated that there

were absorption peak in the 1617 and 1673cm-1, diamine are grafted on

the MWCNTs and the dispersion of MWNTs in DMF is enhanced. MWCNTs

still have electrical conductivity at room temperature of 67.8S-cm-1%为了增加多壁碳纳米管(MWCNTs)表面活性,通过浓H2SO4和浓HNO3处理过的MWCNTs与SOCl2回流进而与合成的N-乙基-3,6-二氨基咔唑反应,得到了有机修饰的MWCNTs.用傅立叶变换红外(FTIR)光谱对有机修饰的MWCNTs结构进行研究.研究结果结构表明:有机修饰的MWCNTs红外光谱在1617和1673cm-1处出现了吸收峰,在多壁碳纳米管上引入了胺基,增强了碳纳米管在DMF中的分散性,室温下有机修饰的MWCNTs仍具67.8S·cm-1的电导率.