CVD法制备碳纳米管阵列

C60，碳纳米管和石墨烯※1985 发现了C60※1991 发现了碳Nanotubes※2004年发现了石墨烯※在C60被发现之前,人们只知道以单质形式存在的碳的同素异形体有：金刚石、石墨和无定形碳。

1960年以来，就有人猜测过中空形碳素分子存在的可能性。

C60是80年代中期新发现的一种碳原子簇，它是单质，是石墨、金刚石的同素异形体。

石墨：2D ; SP2杂化；层内为化学键，层间为范德华力；有导电性。

1980年英国Sussex大学的微波光谱学家Kroto教授通过研究星际云团和红巨炭星气团光谱中所见长链聚乙炔信号的契机,巧合地通过美国Rice大学的Curl与该校的Smalley共同合作,利用Smalley所创制的激光气化超声束流仪进行了相应的探索性研究,1985年, Kroto等以联合装置中的质谱仪进行分析,首次发现了质谱中存在着一批相应于偶数碳原子的分子的峰,导致了C60的发现。

富勒烯C60 ：1996 Nobel Prize in Chemistry※C60的结构研究表明,C60的直径为0.71 nm。

中心有一个直径约0.36 nm的空腔，由12个五元环和20个六元环组成的球形32面体。

C60的形状如足球的集束碳原子结构，就像美国未来派建筑学家Buckminser Fuller那充满灵性穹顶设计的绝妙翻版，于是C60得到了巴基球的美称，又称足球烯.同时C60这类球状碳单质分子也被称作为富勒烯。

※处于顶点的碳原子与相邻顶点的碳原子各用sp2杂化轨道重叠形成σ键，每个碳原子的三个σ键分别为一个五边形的边和两个六边形的边。

碳原子的三个σ键不是共平面的，键角约为118°，因此整个分子为球状。

每个碳原子用剩下的一个p轨道互相重叠形成一个含60个π电子的闭壳层电子结构，因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着π电子云。

分子轨道计算表明，足球烯具有较大的离域能。

C60 的表征：红外光谱，核磁共振，紫外-可见光谱及质谱。

含碳纳米管渗透汽化膜的制备方法主要有以下几步：
1. 碳纳米管的合成：通常使用化学气相沉积（CVD）或电弧放电法等方法合成碳纳米管。

CVD法在一定的温度和压力下，使气态烃在催化剂的作用下裂解生成碳纳米管。

电弧放电法则利用高能电弧使烃类气体分解生成碳纳米管。

2. 渗透汽化膜的制备：将合成的碳纳米管与适当的溶剂混合，形成均匀的溶液。

然后，将溶液涂敷在适当的基材上，如聚四氟乙烯（简称PTFE）、聚酰亚胺（简称PI）等，并经过干燥和热处理，形成渗透汽化膜。

在生物乙醇分离中，含碳纳米管渗透汽化膜的应用如下：
1. 乙醇脱水：利用渗透汽化膜对水和乙醇的分离性能，可以将生物发酵液中的乙醇与水进行有效分离。

乙醇分子能够通过渗透汽化膜，而水分子被阻挡在膜的一侧，从而实现乙醇和水的分离。

2. 乙醇回收：在生物燃料乙醇的生产过程中，渗透汽化膜可用于从发酵液中回收乙醇。

通过将渗透汽化膜与蒸发器结合使用，可以进一步提高乙醇的回收效率。

3. 工业废水处理：工业生产过程中产生的废水中可能含有乙醇等有机溶剂。

通过使用含碳纳米管渗透汽化膜，可以将废水中的有机溶剂与水进行有效分离，实现废水的净化处理。

请注意，虽然含碳纳米管渗透汽化膜在生物乙醇分离中具有广泛的应用前景，但目前该技术仍处于研究和发展阶段。

未来还需要进一步优化制备工艺和提高膜的性能，以实现更高效、更环保的乙醇分离应用。

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。

碳纳米管膜制备方法
碳纳米管膜的制备方法可以分为以下几种：
1. 化学气相沉积（CVD）：在高温下，将碳源（如甲烷）与
催化剂（如金属纳米颗粒）反应生成碳纳米管。

碳纳米管会在基底上自组装形成膜。

2. 涂覆方法：将碳纳米管悬浮液或溶液均匀涂覆在基底上，通过溶剂挥发、沉积和退火等处理使碳纳米管自组装成膜。

3. 过滤法：将碳纳米管悬浮液通过纳滤膜或滤纸等过滤器，过滤掉悬浮液中的溶剂和杂质，使碳纳米管在过滤器中形成薄膜。

4. 剥离法：将多壁碳纳米管和聚合物混合后，通过机械或化学方法将聚合物去除，留下碳纳米管薄膜。

这些方法各有优缺点，具体选择方法需要根据应用需求和实验条件进行考虑。

碳纳米管的研究进展及应用一引言1.1 纳米材料纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型领域，纳米材料的概念形成于20世纪80年代，在上世纪90年代初期取得较大的发展。

广义地说，纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料[1]。

当小粒子尺寸加入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。

纳米材料具有四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大。

从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在国防、电子、化工、催化剂、医药等各种领域具有重要的应用价值。

1.2 碳纳米管碳是自然界分布非常普遍的一种元素。

碳元素的最大的特点之一就是存在多种同素异形体，形成许许多多的结构和性质完全不同的屋子。

长期以来，人们一直以为碳的晶体只有两种：石墨和金刚石。

直到1985年，英国科学家Kroto 和美国科学家Smalley在研究激光蒸发石墨电极时发现了碳的第三种晶体形式C60[2]，从此开启了人类认识碳的新阶段。

1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Iijima）发现了多壁碳纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs），直径为4-30nm，长度为1um。

，最初称之为“Graphite tubular”。

1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-Walled Carbon Nanotubes ，SWNTs），直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。

碳纳米管（CNT）[3]又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。

它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。

碳纳米纤维的制备
碳纳米纤维是一种新型的纳米材料，具有很高的强度和导电性能，
具有广泛的应用前景。

下面将介绍碳纳米纤维的制备方法。

1. 化学气相沉积法（CVD）
这是一种常用的制备碳纳米纤维的方法，其基本原理是利用化学反应
在金属或陶瓷基板表面上生长碳纳米管，并将其转化为碳纳米纤维。

该方法具有高产率、成本低等优点，已成为碳纳米纤维制备的主流方
法之一。

2. 电弧放电法
该方法是首次发现碳纳米管的方法，也是一种常用的制备碳纳米纤维
的方法。

将两根石墨棒放在高温惰性气体环境中，利用电弧放电的方
式生成石墨烯，再在石墨烯表面上生长碳纳米管或碳纳米纤维。

该方
法具有成本低、高产率等优点。

3. 化学物质还原法
该方法是利用还原剂将金属离子还原生成金属颗粒，再在金属表面上
生长碳纳米管或碳纳米纤维。

该方法具有成本较低、易于操作等优点。

4. 热解法
该方法利用预制的高分子材料（如聚丙烯等）在高温下热解生成碳纳
米纤维。

该方法具有简单易行、成本低等优点。

以上几种方法均可以制备出高质量、高性能的碳纳米纤维，在纳米科技、材料科学等领域具有重要应用价值。

碳纳米管综述摘要：本文主要介绍碳纳米管的发现及发展过程，并说明碳纳米管的制备方法及其制备技术。

同时也叙述碳纳米管的各种性能与应用。

引言：在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。

正文：碳纳米管的制备：碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD，以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。

电弧法利用石墨电极放电获得碳纳米管是各种合成技术中研究得最早的一种。

研究者在优化电弧放电法制取碳纳米管方面做了大量的工作。

T. W. Ebbeseo[2]在He保护介质中石墨电弧放电，首次使碳纳米管的合成达到了克量级。

为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert[3]将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管缺陷。

C. Journet[4]等在阳极中填人石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。

研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs 合成。

近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。

综上所述，电弧法在制备碳纳米管的过程中通过改变电弧放电条件、催化剂、电极尺寸、进料方式、极间距离以及原料种类等手段而日渐成熟。

电弧法得到的碳纳米管形直，壁簿(多壁甚至单壁).但产率偏低，电弧放电过程难以控制，制备成本偏高其工业化规模生产还需探索。

催化裂解法或催化化学气相沉积法(CCVD)催化裂解法是目前应用较为广泛的一种制备碳纳米管的方法。

该方法主要采用过渡金属作催化剂，适于碳纳米管的大规模制备，产物中的碳纳米管含量较高，但碳纳米管的缺陷较多。

单壁碳纳米管大量制备的新方法和工艺条件引言单壁碳纳米管（Single-walled carbon nanotubes, SWCNTs）是一种具有独特结构和优异性能的纳米材料，在纳米科技领域有着广泛的应用前景。

然而，传统的制备方法通常存在工艺复杂、低产率和高成本等问题。

研究人员一直在探索新的方法和工艺条件，以实现单壁碳纳米管的大规模制备。

本文将介绍一种新的方法和工艺条件，以解决传统制备方法存在的问题，并提高单壁碳纳米管的产率和质量。

方法和工艺条件原料准备制备单壁碳纳米管所需的原料主要包括碳源、催化剂和载体等。

碳源可以选择天然气、石油焦等含有高纯度碳的物质。

催化剂通常选择过渡金属或其化合物，如铁、镍、钴等。

载体则可以选择二氧化硅、氧化铝等具有高比表面积和较好分散性的材料。

反应装置设计为了实现单壁碳纳米管的大规模制备，需要设计一个高效、稳定和可控的反应装置。

常用的反应装置包括化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）、电弧放电法（Arc Discharge）、激光热解法（Laser Ablation）等。

其中，CVD方法是目前最常用的制备单壁碳纳米管的方法，因此本文将以CVD方法为例进行介绍。

CVD方法步骤1.载体处理：将选定的载体材料进行表面处理，以提高催化剂的分散性和附着性。

可以通过酸洗、热处理等方式进行载体处理。

2.催化剂沉积：将催化剂溶液均匀涂覆在载体表面，形成均匀的催化剂薄膜。

可以使用旋涂、浸渍等方法进行催化剂沉积。

3.反应装置预处理：将反应装置进行真空抽气和高温烘烤处理，以去除杂质和提供良好的反应环境。

4.反应条件设置：将经过预处理的反应装置与碳源连接，并设置合适的反应温度、气氛和时间等参数。

通常，反应温度在600-1000℃之间，气氛可以选择惰性气体或混合气体。

5.反应过程控制：在设定的反应条件下，通过控制碳源的供给速率、反应时间和催化剂的浓度等因素，实现单壁碳纳米管的大规模制备。