论文部分内容阅读
本文结合本实验室的实验条件，选择适当的无机物种对多壁碳纳米管表面进行改性，以期获得具有优异性能的碳纳米管复合功能材料，达到不同的使用目的，并探寻制备碳纳米管复合功能材料的最佳工艺条件。着重进行了下列探索性研究：
将酸化处理的多壁碳纳米管在ZrOCl2溶液中150℃水热处理10小时，获得了ZrO2包裹碳纳米管复合粉体。用XRD、TEM、XPS和FTIR等表征技术对其结构进行表征，结果表明，ZrO2纳米粒子均匀地覆盖在碳纳米管的外表面，ZrO2与碳纳米管形成较强的Zr-O-C键。经过调节工艺参数可以得到不同晶相、不同晶粒尺寸的ZrO2/碳纳米管复合材料。该复合材料实现了ZrO2与碳纳米管的紧密结合，是制备ZrO2/碳纳米管复合陶瓷的良好原料，也可用作气敏、催化以及其它陶瓷材料的增强体。
以六水合硝酸钴、酸处理后的碳纳米管为原料，以正己醇为溶剂，在140-180℃回流条件制备了四氧化三钴修饰碳纳米管的复合材料，并研究了它的超电容器性能和电化学充放锂性能。调节工艺参数可得四氧化三钴包裹、填充碳纳米管及与碳管形成“异质结”结构的复合材料。所制备的Co3O4修饰碳纳米管的复合材料具有超电容特性，其比电容量最高可达200.98F·g-1，远远好于未经修饰的碳纳米管(90.1F·g-1)。充放电嵌、脱锂实验表明该复合材料在保持较大的充放电容量的同时具有良好的重复利用性。该复合材料由于制作成本低、工艺简单在超电容以及锂电池方面具有广阔的应用前景。
碳纳米管以其独特的结构及电学性质成为最有应用前景的电路元件。然而，在微电子器件应用时，如何将碳纳米管按人们的愿意组装到电极或集成电路中，并能精确控制它的位置、方向及密度是人们面临的一个棘手的问题。我们发明了一种简单、有效的方法在多壁碳纳米管表面及单壁碳纳米管管口处沉积四氧化三铁纳米晶，所得到复合粉体在磁场中具有定向排列的趋势，有利于实现碳纳米管在磁场中的定向排列。
以无水氯化锌、硫脲、SDS和PEI改性的碳纳米管为原料，乙二醇为溶剂，在150-180℃回流反应2-5小时成功地制备了六方ZnS包裹碳纳米管复合粉体。ZnS晶粒大小约为5nm，均匀地覆盖在碳纳米管的外表面。所得的ZnS包裹碳纳米管复合结构对碳纳米管的电子结构没有明显改变，能够较好地保持碳纳米管优异的电学性能。
以酸化处理碳纳米管、醋酸铅、巯基乙胺为起始原料，通过巯基乙胺与碳纳米管的酸碱反应原位引入硫源及进一步水热处理成功地制备PbS纳米晶原位包裹碳纳米管的复合材料。用XRD、TEM、EDS、FTIR等表征手段对材料进行结构表征，研究表明，PbS均匀、致密、连续地覆盖在碳纳米管表面，但是辨别不出单个的晶粒。将这一组装方法应用于介孔材料SBA-15的组装中，同样获得了CdS/SBA-15的复合功能体，该功能体表面出较强的量子尺寸效应，并在紫外—可见吸收光谱中有蓝移现象。