火焰中的碳纳米材料 从零维到一维和二维PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 碳及碳纳米材料 2

1.2.1 碳的同素异形体 2

1.2.2 碳纳米材料的定义和分类 7

1.3 碳纳米材料的制备 9

1.3.1 零维碳纳米材料的制备 9

1.3.2 一维碳纳米材料的制备 12

1.3.3 二维碳纳米材料的制备 15

1.4 碳纳米材料的性能与应用 16

1.4.1 零维碳纳米材料的性能与应用 17

1.4.2 一维碳纳米材料的性能与应用 18

1.4.3 二维碳纳米材料的性能与应用 19

1.5 火焰法制备碳纳米材料及其特性 20

1.5.1 火焰法制备零维碳纳米材料及其特性 20

1.5.2 火焰法制备一维碳纳米材料及其特性 21

1.5.3 火焰法制备二维碳纳米材料及其特性 22

参考文献 22

第2章 火焰中的零维碳纳米材料 28

2.1 引言 28

2.2 火焰法制备炭黑颗粒 28

2.2.1 炭黑及其生产方式 28

2.2.2 火焰中生成炭黑的类型及特征 30

2.2.3 气体燃料燃烧生成炭黑的影响因素及机理 31

2.2.4 液体燃料燃烧生成炭黑的影响因素及机理 32

2.2.5 固体燃料燃烧生成炭黑的影响因素及机理 33

2.2.6 炭黑的应用 33

2.3 火焰法制备富勒烯 34

2.3.1 富勒烯及其制备方法 34

2.3.2 富勒烯的制备、分离和提纯 37

2.3.3 火焰法制备富勒烯的影响因素 38

2.3.4 火焰法制备富勒烯的机理 44

2.3.5 火焰法制备富勒烯的形貌特征 45

2.3.6 富勒烯的应用 49

2.4 火焰法制备金刚石 51

2.4.1 金刚石及其制备方法 51

2.4.2 火焰法制备金刚石及其影响因素 55

2.4.3 火焰中金刚石的生长机理 59

2.4.4 火焰法制备金刚石的形貌特征 60

2.4.5 纳米金刚石的性质 64

2.4.6 纳米金刚石的应用 67

参考文献 69

第3章 火焰法制备一维碳纳米材料及其生长机理 75

3.1 引言 75

3.2 关于碳纳米管和碳纳米纤维的定义 75

3.3 液体火焰的温度场特征 76

3.4 基板材料对一维碳纳米材料形貌和结构的影响 79

3.4.1 乙醇火焰法中含Ni基板上的燃烧产物 80

3.4.2 乙醇火焰法中含Fe基板上的燃烧产物 81

3.5 一维碳纳米材料的拉曼光谱表征 84

3.6 火焰法中一维碳纳米材料的生长机制 86

参考文献 88

第4章 胺燃料火焰制备氮掺杂碳纳米管及其生长机理 92

4.1 引言 92

4.2 氮掺杂碳纳米管的研究现状与进展 93

4.2.1 氮掺杂碳纳米管的研究背景 93

4.2.2 氮掺杂碳纳米管的制备方法和结构特征 93

4.2.3 氮掺杂碳纳米管的生长机理 96

4.2.4 氮掺杂碳纳米材料的物性及其应用 97

4.3 胺燃料火焰法氮掺杂碳纳米管的制备 100

4.4 不同胺燃料的火焰温度场特征 102

4.5 火焰高度和燃烧时间对制备产物的影响 104

4.6 不同胺燃料对氮掺杂碳纳米管形貌的影响 106

4.7 “石墨型”为主的氮掺杂碳纳米管的结构特征 107

4.8 “石墨型”为主的氮掺杂碳纳米管的形成机理 110

4.9 氮掺杂碳纳米管中C？N键的形成机理 111

参考文献 113

第5章 火焰法制备螺旋碳纳米纤维及其生长机理 117

5.1 引言 117

5.2 螺旋碳纳米纤维的研究现状及进展 118

5.2.1 螺旋碳纳米纤维的制备和生长机理 118

5.2.2 螺旋碳纳米纤维的物性与应用 119

5.3 螺旋碳纳米纤维的制备 120

5.3.1 乙醇燃料和电镀Fe纳米晶 120

5.3.2 液体胺燃料和涂覆Ni金属盐 121

5.4 螺旋碳纳米纤维的形貌特征 122

5.4.1 胺火焰中涂覆Ni金属盐法制备螺旋碳纳米纤维 122

5.4.2 乙醇火焰中电镀Fe纳米晶薄膜表面生长的螺旋碳纳米纤维 124

5.5 火焰法中螺旋碳纳米纤维的生长机理 125

参考文献 127

第6章 一维碳纳米材料的直径可控生长 130

6.1 引言 130

6.2 脉冲电沉积金属纳米晶薄膜技术简介 130

6.2.1 脉冲电沉积技术制备金属纳米晶薄膜 131

6.2.2 利用脉冲电沉积技术制备金属纳米晶薄膜的研究现状 134

6.2.3 脉冲电沉积技术制备金属纳米晶薄膜的应用 135

6.3 碳纳米管的直径可控制备及生长机理 136

6.3.1 脉冲电沉积参数对金属Ni纳米晶薄膜晶粒度的影响 137

6.3.2 脉冲电沉积参数对碳纳米管直径的影响 142

6.3.3 碳纳米管的直径控制生长机制 146

6.4 碳纳米纤维的直径可控制备及生长机理 147

6.4.1 脉冲电沉积参数对金属Fe纳米晶薄膜晶粒度的影响 147

6.4.2 脉冲电沉积参数对碳纳米纤维的直径的影响 151

6.4.3 螺旋碳纳米纤维的制备 155

6.4.4 碳纳米纤维的直径控制生长机制 157

参考文献 158

第7章 电场辅助下的一维碳纳米材料可控生长 163

7.1 引言 163

7.2 电场控制一维碳纳米材料生长的研究进展 164

7.2.1 制备时无意引入电场 164

7.2.2 制备时有意引入电场 166

7.2.3 制备后的电场处理 166

7.3 电场辅助对碳纳米管形态与结构的调控及其作用机理 168

7.3.1 实验材料与方法 168

7.3.2 电场诱导可控生长碳纳米管 169

7.3.3 电场中碳纳米管可控生长的机理 172

7.3.4 电场辅助碳纳米管的结构优化 177

7.4 电场辅助碳纳米管可控生长过程的模拟计算 179

7.4.1 计算基本模型的建立 179

7.4.2 有限元模拟 181

7.4.3 单根碳纳米管的受力分析 181

7.4.4 两根碳纳米管的受力分析 182

7.4.5 多根碳纳米管的受力分析 183

7.4.6 多根碳纳米管在生长过程中的受力分析 186

7.4.7 不同管径碳纳米管的受力分析 189

参考文献 191

第8章 大电场辅助下的一维碳纳米材料可控生长 196

8.1 引言 196

8.2 大电场对“实心”碳纳米纤维直径的调控及作用机理 196

8.2.1 实验材料与方法 197

8.2.2 电场强度与“实心”碳纳米纤维形貌及直径的关系 198

8.2.3 电场调控“实心”碳纳米纤维直径的作用机理 200

8.3 大电场诱导制备“一维奶牛乳房状微／纳米碳同质异构”阵列 202

8.3.1 实验材料和方法 203

8.3.2 “一维奶牛乳房状微／纳米碳同质异构结构”的特征 204

8.3.3 “一维奶牛乳房状微／纳米碳同质异构结构”的影响因素 206

8.3.4 “一维奶牛乳房状微／纳米碳同质异构结构”的生长机理 210

参考文献 212

第9章 磁场辅助下碳纳米管的可控生长 215

9.1 引言 215

9.2 磁场控制碳纳米管生长的研究进展 216

9.2.1 制备前引入磁场 216

9.2.2 制备时引入磁场 216

9.2.3 制备后引入磁场 217

9.3 实验材料与方法 218

9.4 磁场对碳纳米管微观形貌的调控 218

9.5 磁场对碳纳米管微结构及结晶的调控 220

9.6 磁场调控碳纳米管的作用机理 222

参考文献 225

第10章 一种具有“有序—无序—有序—无序……”周期性变化的同质异构碳纳米管 227

10.1 引言 227

10.2 碳基一维纳米异质结的研究现状与进展 227

10.2.1 碳基一维纳米异质结的结构 227

10.2.2 碳基一维纳米异质结的制备方法 228

10.2.3 碳基一维纳米异质结的物理性质及其应用 232

10.3 全碳基一维纳米同质异构结的研究现状与进展 236

10.3.1 全碳基一维纳米同质异构结的制备 236

10.3.2 全碳基一维纳米同质异构结的物理化学性质及其应用 237

10.4 “有序—无序—有序—无序……”周期性变化的同质异构碳纳米管的制备 238

10.4.1 电场诱导碳纳米管的微结构转变 238

10.4.2 电场控制周期性“同质异构”碳纳米管的生长与特征 240

10.5 “有序—无序—有序—无序……”周期性变化的同质异构碳纳米管的生长机理 243

参考文献 247

第11章 碳纳米纤维微结构的高温转变 252

11.1 引言 252

11.2 一维碳纳米材料微结构高温转变的研究进展 252

11.2.1 碳纳米管微结构的高温转变 253

11.2.2 碳纳米纤维微结构的高温转变 255

11.3 放电等离子体烧结（SPS）技术简介 257

11.3.1 放电等离子体烧结（SPS）技术的发展 257

11.3.2 放电等离子体烧结设备的基本结构 257

11.3.3 放电等离子体烧结的原理 258

11.3.4 放电等离子体烧结技术的应用 261

11.4 实验材料与方法 262

11.4.1 “实心”碳纳米纤维的制备 262

11.4.2 碳纳米纤维的高温热处理 263

11.5 非晶态“实心”碳纳米纤维微结构的高温转变 265

11.5.1 高温热处理对非晶态“实心”碳纳米纤维微结构的影响 265

11.5.2 非晶态“实心”碳纳米纤维微结构的高温转变机制 269

11.6 一种具有“晶态—非晶态”变化特征的同质异构碳纳米纤维 271

11.6.1 “晶态—非晶态”同质异构碳纳米纤维的微结构特征 271

11.6.2 “晶态—非晶态”同质异构碳纳米纤维的形成机制 274

11.6.3 单根“晶态—非晶态”同质异构碳纳米纤维的电输运特性 275

11.7 非晶态“实心”碳纳米纤维结构模型的模拟计算 278

11.7.1 非晶态“实心”碳纳米纤维结构模型的逆向蒙特卡罗（RMC）法模拟 279

11.7.2 模拟结果及讨论分析 283

11.8 “晶态—非晶态”同质异构碳纳米纤维的整流机制 286

11.8.1 “非晶态”碳的费米能级 286

11.8.2 “晶态”碳和“非晶态”碳的接触 288

11.8.3 “晶态—非晶态”同质异构碳纳米纤维I-V曲线的拟合 289

参考文献 291

第12章 无纠缠阵列碳纳米管的可控生长 300

12.1 引言 300

12.2 纳米晶催化剂颗粒的形貌特征 301

12.3 直立无纠缠碳纳米管的制备 304

12.4 直立无纠缠碳纳米管阵列的生长机理 308

参考文献 309

第13章 碳纳米管致密块材的制备及其物性特征 312

13.1 引言 312

13.2 原始碳纳米管粉体的显微结构特征 312

13.3 碳纳米管致密块材的显微结构特征 314

13.4 碳纳米管致密块材的物性特征 316

13.4.1 碳纳米管致密块材的低温电输运特性 317

13.4.2 碳纳米管致密块材的热电势特性 318

13.4.3 碳纳米管致密块材电输运性能的各向异性 320

参考文献 321

第14章 火焰法碳纳米管的大量制备 323

14.1 引言 323

14.2 火焰法大量制备碳纳米管的原理 326

14.2.1 液态碳-氢燃料的燃烧原理 326

14.2.2 涂覆法的原理 327

14.3 碳纳米管的大量制备方法 329

14.3.1 制备材料的选择 329

14.3.2 制备方法与步骤 330

14.4 火焰法大量制备碳纳米管的影响因素 331

14.4.1 火焰温度场的测量 331

14.4.2 涂覆物对燃烧产物的影响 333

14.4.3 基板材料对燃烧产物的影响 335

14.4.4 碳源对燃烧产物的影响 338

参考文献 339

第15章 火焰法碳纳米管在玻璃纤维／树脂复合材料界面改性中的应用 341

15.1 引言 341

15.2 玻璃纤维／树脂复合材料及其改性的研究进展 342

15.2.1 玻璃纤维／树脂复合材料的历史及应用 342

15.2.2 玻璃纤维／树脂复合材料作为建筑材料的优缺点 343

15.2.3 玻璃纤维／树脂复合材料改性的研究进展 344

15.3 实验材料与方法 346

15.4 不同碳纳米管的结构与形貌特征 348

15.5 玻璃纤维表面喷涂不同碳纳米管前后的形貌 350

15.6 碳纳米管界面改性对GFRP力学性能的影响 352

15.7 碳纳米管界面改性后GFRP的冲击断口特征 358

15.8 火焰法碳纳米管对GFRP的界面增强机理 361

参考文献 364

第16章 火焰法可控生长碳纳米管的低温荧光特性 367

16.1 引言 367

16.2 实验材料与方法 368

16.3 碳纳米管的低温荧光特性 368

16.3.1 温度对碳纳米管荧光的影响 368

16.3.2 其他因素对碳纳米管荧光的影响 369

16.3.3 不同气氛中碳纳米管荧光的恢复 374

16.4 碳纳米管的低温荧光机理探讨 375

16.4.1 物理吸附大气分子的影响 376

16.4.2 碳纳米管的结构缺陷 376

16.4.3 碳纳米管表面的官能团 377

16.4.4 结构缺陷和官能团对碳纳米管电子结构的影响 378

16.4.5 碳纳米管低温荧光模型 381

参考文献 383

第17章 火焰法可控生长碳纳米管的电学性能 386

17.1 引言 386

17.2 单根碳纳米管电学性能的测试方法 386

17.2.1 基于微电极系统的电学性能测试 386

17.2.2 基于AFM的单根碳纳米管电学性能测试 387

17.3 不同结构的碳纳米管的电学性能 388

17.4 单根碳纳米管的导电性测试 390

参考文献 394

第18章 火焰法一维碳纳米材料的电化学性能及其在超级电容器中的应用 395

18.1 引言 395

18.2 实验材料与方法 396

18.3 碳纳米管和碳纳米纤维的形貌与结构表征 397

18.4 碳纳米管和碳纳米纤维的表面积与孔径分布 400

18.5 碳纳米管和碳纳米纤维的表面官能团 402

18.6 电化学性能及与CVD法制备的碳纳米管的比较 403

参考文献 406

第19章 火焰法氮掺杂一维碳纳米材料的电化学性能及其在超级电容器中的应用 409

19.1 引言 409

19.2 火焰法氮掺杂碳纳米管的电化学性能及其在超级电容器中的应用 409

19.2.1 火焰法氮掺杂碳纳米管与电极的制备 410

19.2.2 氮掺杂碳纳米管的形貌与结构特征 411

19.2.3 氮掺杂碳纳米管的比表面积与孔径分布特征 412

19.2.4 氮掺杂碳纳米管超级电容器电极的表面化学特性 414

19.2.5 氮掺杂碳纳米管电极的电化学性能 415

19.2.6 氮掺杂碳纳米管电极的电化学性能增强机理 418

19.3 火焰法氮掺杂螺旋碳纳米纤维电化学性能及其在超级电容器中的应用 419

19.3.1 氮掺杂螺旋碳纳米纤维的形貌结构特征 420

19.3.2 氮掺杂螺旋碳纳米纤维的表面化学基团 421

19.3.3 氮掺杂螺旋碳纳米纤维的生长机理 423

19.3.4 氮掺杂螺旋碳纳米纤维的电化学性能 424

参考文献 427

第20章 火焰法生长碳纳米管的场发射性能 430

20.1 引言 430

20.2 实验材料与方法 432

20.2.1 燃料与基底的选择 432

20.2.2 Si基底的预处理 432

20.2.3 催化剂的制备 433

20.2.4 场发射性能的测量 433

20.3 火焰法生长碳纳米管及其场发射性能特征 434

20.3.1 在光刻胶涂覆辅助镍催化剂平面上生长碳纳米管情况 434

20.3.2 在标准抛光硅平面上生长碳纳米管情况 437

20.3.3 在硅纳米级金字塔上生长的碳纳米管情况 438

20.3.4 在硅微米级金字塔上生长的碳纳米管情况 441

20.4 ZnO棒上二次生长碳纳米管的场发射增强效应 445

20.4.1 ZnO棒与碳纳米管复合结构的制备 445

20.4.2 ZnO棒与碳纳米管复合结构的表征与场发射性能 446

参考文献 450

第21章 火焰法碳纳米管的表面改性及其在高分子复合材料中的应用 452

21.1 引言 452

21.2 碳纳米管／聚合物复合材料 453

21.2.1 碳纳米管／聚合物复合材料的制备方法 453

21.2.2 碳纳米管的表面修饰与改性 456

21.2.3 聚合物／碳纳米管复合材料性能的研究进展 458

21.2.4 聚合物／碳纳米管纳米复合材料的研究展望 461

21.3 碳纳米管的表面修饰和改性 461

21.3.1 样品的制备与表征 462

21.3.2 样品表面修饰特征与机理 463

21.4 碳纳米管／聚苯乙烯复合材料 470

21.4.1 样品的制备与表征 471

21.4.2 复合材料的形貌特征与性能分析 471

21.5 碳纳米管／尼龙6复合材料 475

21.5.1 碳纳米管／尼龙6复合材料的研究进展 476

21.5.2 样品的制备与表征 477

21.5.3 复合材料的形貌特征与性能分析 478

21.6 碳纳米管／环氧乙烯基酯树脂（A430）复合材料 485

21.6.1 样品的制备与表征 487

21.6.2 复合材料的形貌特征与性能分析 487

参考文献 492

第22章 碳纳米管／MnO2复合材料及其电化学性能 495

22.1 引言 495

22.2 实验材料与方法 496

22.3 碳纳米管／MnO2复合材料的微结构特征 497

22.3.1 显微组织特征 497

22.3.2 拉曼光谱特征 499

22.3.3 物相与化学成分特征 499

22.4 碳纳米管／MnO2复合材料制备的影响因素 500

22.4.1 碳纳米管对反应产物的影响 500

22.4.2 高锰酸钾浓度的影响 502

22.5 碳纳米管／MnO2复合材料的包敷机理 504

22.6 碳纳米管／MnO2复合材料的电化学性能 505

参考文献 507

第23章 火焰法制备石墨烯与氮掺杂石墨烯 510

23.1 引言 510

23.2 石墨烯制备方法的研究现状和进展 511

23.2.1 机械剥离法 511

23.2.2 SiC外延生长法 512

23.2.3 化学气相沉积法 513

23.2.4 化学剥离法 515

23.2.5 火焰法 515

23.3 氮掺杂石墨烯及其制备方法 516

23.4 石墨烯和氮掺杂石墨烯的火焰法制备 521

23.5 火焰法制备石墨烯的形貌特征 522

23.6 火焰法制备氮掺杂石墨烯的成分结构分析 524

23.7 火焰法制备石墨烯的生长机理 528

23.8 火焰法制备石墨烯的方法改进 528

参考文献 530

第24章 纳米压痕法测量石墨烯的弹性模量和层数 533

24.1 引言 533

24.2 石墨烯力学性能的研究现状与进展 536

24.3 石墨烯的层数表征 538

24.4 纳米压痕技术简介 541

24.5 利用纳米压痕测量石墨烯的弹性模量和层数 543

24.5.1 利用纳米压痕测量石墨烯的弹性模量 545

24.5.2 利用纳米压痕测量石墨烯的层数 546

参考文献 546

第25章 石墨烯在高温高压下的转变与高质量石墨烯的大量制备 549

25.1 引言 549

25.2 石墨烯褶皱结构的研究现状与进展 549

25.3 高质量石墨烯制备的研究现状与进展 552

25.4 实验材料与方法 552

25.4.1 化学剥离法制备石墨烯 552

25.4.2 SPS高温处理 553

25.4.3 SPS高温高压处理 554

25.5 石墨烯在高温下的转变特征 554

25.5.1 SPS高温处理前后石墨烯的形貌结构特征 554

25.5.2 石墨烯褶皱的产生机制 556

25.5.3 SPS处理前后石墨烯的表面性能 557

25.6 石墨烯在高温高压下的转变特征 557

25.6.1 SPS高温高压处理前后石墨烯的形貌结构特征 557

25.6.2 SPS高温高压制备高质量石墨烯的机理分析 560

25.6.3 SPS高温高压处理前后石墨烯的电输运性能 561

参考文献 562

第26章 石墨烯／TiO2复合材料的制备及其光催化中的应用 565

26.1 引言 565

26.1.1 TiO2光催化原理及降解机理 565

26.1.2 石墨烯在光催化复合材料中的作用 567

26.2 石墨烯／TiO2复合材料的研究现状及进展 568

26.3 实验材料与方法 573

26.3.1 氧化石墨烯的制备 573

26.3.2 热处理制备石墨烯／TiO2复合材料 573

26.3.3 石墨烯／TiO2层状复合材料的制备 573

26.3.4 光催化性能测试 574

26.4 热处理制备石墨烯／TiO2复合材料及其可见光催化性能 574

26.5 高催化活性的石墨烯／TiO2层状复合材料 577

参考文献 579

第27章 石墨烯纳米带的制备及其在超级电容器中的应用 582

27.1 引言 582

27.2 石墨烯纳米带的研究现状与进展 583

27.2.1 碳纳米管纵切法 583

27.2.2 有机合成法 584

27.2.3 掩模刻蚀法 584

27.3 化学剖开法制备石墨烯纳米带 587

27.4 石墨烯纳米带的形貌结构特征 588

27.5 氧化石墨烯和功能碳纳米管的表面化学基团 590

27.6 三种不同结构碳纳米材料的电化学性能对比 590

27.7 边缘结构在碳基超级电容器中的重要意义 593

参考文献 594

第28章 基于石墨烯应变效应的纳米电源研究 597

28.1 引言 597

28.2 纳米电源的研究现状与进展 598

28.2.1 压电式纳米电源 598

28.2.2 摩擦式纳米电源 600

28.3 石墨烯应变效应的研究现状 602

28.4 实验材料与方法 604

28.5 单层石墨烯的应力-应变及其表征 605

28.6 基于石墨烯应变效应的纳米电源 606

参考文献 608

附录 发表论文列表 611