成果名称 ---【 单壁纳米碳管的制备及物性的研究 】

基本信息
所属机构
中国科学院金属研究所
主题词
单壁纳粘碳管;制备;物性
研究起止时间
1998.01 至2001.12
成果公报内容
单壁纳米碳管(Single-walled Carbon Nanotubes, SWNT)是纳米碳管的极限形式,具有较高的理论和应用研究价值。但其合成十分困难,项目启动之时,有效的合成方法仅有激光蒸发法和电弧放电法。在国家自然科学基金委的资助下,对SWNT的制备技术和物性进行了深入研究,取得了一系列创新性成果。 (1)在国际上率先利用催化热解法制备出高纯度SWNT,被公认为是制备SWNT的三种主要方法之一。该方法已获得中国发明专利。并得到与众不、具有宏观长度(~3cm)的SWNT绳及条带。 (2)利用氢电弧法大量制备出高纯度SWNT,并得到与众不同、具有宏观长度(~10cm)的SWNT绳及条带。 (3)确立了的提纯方法。经过苯处理、浓盐酸清洗、液氮处理及超声振荡等提纯步骤后,获得样品的纯度95%,以上收率超过30%。 (4)实验测定了SWNT的质量储氢容量。在室温及中等压力(~120cm)下,经适当预处理后,纳米碳管的储氢容量为4wt.%以上。体积储氢密度是储氢材料的一个关键技术指标,采用冷压法,不忝加任何粘结剂,获得SWNT块体储氢材料。其体积储氢容量为~60kgH2/m3。实验发现70%以上储存的氢可在常温、常压下放出,而且放氢过程主要发生在压力低于40atm阶段,在较高压力(>40atm)下,几乎没有氢气放出。 (5)研究了纳米碳管的电化学储氢特性,发现SWNT的充放电容量为250mAh/g。 (6)研究了预处理对纳米碳管储氢容量的影响,发现适当的预处理可使纳米碳管的储氢容量有明显提高。 (7)直接测量出SWNT绳的拉伸强度,并推出单根SWNT的杨氏模量。SWNT复合材料的平均强度高达3.6±0.4GPa,计算得到SWNT束的经度可以达到14.2±1.4GPa,进而推出单根SWNT的拉伸强度最高可达22.2±2.2GPa。实验研究发现SWNT绳的场发射特性非常优异,其发射阈值低达0.2-0.3V/μm。 单壁纳米碳管由于其独特的结构和优异性能成为目前研究的重要热点之定。采用催化热解和氢电弧法大量制备出高质量的单壁纳米碳管,研究表明纳米碳管具有优异的储氢特性、电化学特性、电磁特性及极高的力学性能,这些结果不仅可促进该领域的发展,而且将推动纳米碳管等准一维纳米面料材料在储氢材料、高性能电池、电磁屏蔽与吸波材料、高经复合材料等领域获得广泛应用。


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