第1章 碳纳米管纤维发展概论 1
1.1 高性能纤维及其复合材料 1
1.2 碳纳米管及其复合材料 2
1.2.1 碳纳米管 2
1.2.2 碳纳米管复合材料 3
1.3 碳纳米管薄膜及其复合材料 3
1.3.1 溶液法制备碳纳米管薄膜 4
1.3.2 化学气相沉积法制备碳纳米管薄膜 4
1.4 碳纳米管阵列及其复合材料 5
1.5 碳纳米管连续纤维及其复合材料 7
1.5.1 湿法制备碳纳米管纤维 8
1.5.2 阵列纺丝法制备碳纳米管纤维 10
1.5.3 化学气相沉积法制备碳纳米管纤维 10
1.6 总结 12
参考文献 13
第2章 碳纳米管结构、性能及可控制备技术 16
2.1 概述 16
2.2 碳纳米管的结构与性能 16
2.2.1 石墨烯的结构与性能 17
2.2.2 由石墨烯卷曲成碳纳米管 19
2.2.3 碳纳米管的力学性能 20
2.2.4 碳纳米管的电学性能 22
2.2.5 碳纳米管的热学性能 25
2.3 碳纳米管粉体的制备 26
2.3.1 电弧放电法 26
2.3.2 激光蒸发法 27
2.3.3 化学气相沉积法 27
2.4 碳纳米管水平阵列的制备 28
2.4.1 碳纳米管水平阵列的取向控制 29
2.4.2 碳纳米管水平阵列的结构控制 31
2.5 碳纳米管垂直阵列的制备 35
2.5.1 催化剂种类的影响 36
2.5.2 催化剂大小及分布的控制 37
2.5.3 生长环境对碳纳米管垂直阵列的影响 41
2.6 总结与展望 46
参考文献 46
第3章 湿法制备碳纳米管纤维 52
3.1 概述 52
3.1.1 纺丝液 52
3.1.2 凝固浴 53
3.2 碳纳米管分散技术 54
3.2.1 碳纳米管分散机理 54
3.2.2 碳纳米管分散的影响因素 58
3.3 碳纳米管／聚合物复合纤维湿法纺丝 60
3.3.1 CNT／PVA复合纤维 60
3.3.2 CNT／PEI复合纤维 67
3.3.3 CNT／生物分子复合纤维 69
3.4 纯碳纳米管纤维湿法纺丝 72
3.4.1 选用盐溶液为凝固浴 72
3.4.2 选用小分子为凝固浴 73
3.4.3 选用有机溶剂为凝固浴 73
3.5 液晶纺丝 74
3.6 总结与展望 78
参考文献 79
第4章 阵列纺丝法制备碳纳米管纤维 82
4.1 概述 82
4.2 可纺丝碳纳米管阵列的制备 83
4.3 基于可纺丝阵列纤维化技术及影响因素 88
4.3.1 碳纳米管薄膜制备 88
4.3.2 主要影响因素 89
4.4 阵列纺丝工艺设计 96
4.4.1 导轨式纺丝机 96
4.4.2 集成式阵列纺丝机 97
4.4.3 环锭纺式纺纱机 98
4.5 总结与展望 100
参考文献 101
第5章 化学气相沉积法制备碳纳米管纤维 104
5.1 概述 104
5.2 基于化学气相沉积的碳纳米管直接纺丝技术 104
5.2.1 化学气相沉积碳纳米管纤维纺丝技术的成型与发展 104
5.2.2 化学气相沉积碳纳米管纤维的生长机理 107
5.2.3 化学气相沉积碳纳米管纤维的结构与性质 112
5.2.4 化学气相沉积碳纳米管纤维的应用 119
5.2.5 浮动催化法化学气相沉积碳纳米管其他宏观体的制备与应用 119
5.3 化学气相沉积直接纺丝碳纳米管纤维的工业化发展现状 122
5.4 总结与展望 126
参考文献 127
第6章 碳纳米管纤维的力学性能 129
6.1 概述 129
6.2 碳纳米管纤维力学性能理论与模拟分析 130
6.3 碳纳米管纤维力学性能实验分析 134
6.3.1 碳纳米管纤维的拉伸性能 134
6.3.2 碳纳米管纤维的压缩性能 140
6.4 总结与展望 143
参考文献 143
第7章 碳纳米管纤维多功能特性及应用 146
7.1 概述 146
7.2 碳纳米管纤维的组装结构特性 147
7.3 碳纳米管纤维的智能驱动响应行为 148
7.3.1 碳纳米管扭转驱动型人造肌纤维 149
7.3.2 碳纳米管弹簧的驱动性能 150
7.3.3 假捻纤维结构的电致驱动特性 152
7.3.4 碳纳米管纤维电-机-热耦合机制 153
7.4 碳纳米管纤维在线能源器件中的应用 156
7.4.1 全碳纳米管纤维电极的线状染料敏化太阳能电池 156
7.4.2 碳纳米管纤维作为对电极的太阳能电池 157
7.4.3 基于碳纳米管纤维的线状超级电容器 158
7.5 碳纳米管纤维在锂电池中的应用 159
7.6 碳纳米管纤维的生物传感特性 162
7.7 总结与展望 163
参考文献 164
第8章 轻质碳纳米管导电纤维 167
8.1 概述 167
8.2 碳纳米管轻质导电纤维导电机理及电学性能 168
8.2.1 碳纳米管纤维的电学性能 168
8.2.2 碳纳米管纤维的导电机理 170
8.2.3 碳纳米管导线性能优化 173
8.3 碳纳米管-金属复合导电纤维 177
8.3.1 制备方法 177
8.3.2 碳纳米管-金属复合导电纤维的量产 179
8.3.3 碳纳米管-金属复合导电纤维的性能特点 181
8.3.4 碳纳米管-铜复合导电纤维性能的影响因素 188
8.4 碳纳米管轻质导线的应用 190
8.4.1 碳纳米管同轴电缆 190
8.4.2 柔性碳纳米管电加热器 194
8.5 总结与展望 197
参考文献 197
第9章 碳纳米管在复合材料中的应用 203
9.1 概述 203
9.2 碳纳米管粉末-聚合物复合材料 204
9.3 碳纳米管薄膜-聚合物复合材料 207
9.4 碳纳米管纤维-聚合物复合材料 214
9.5 碳纳米管阵列-聚合物复合材料 217
9.6 总结与展望 219
参考文献 219
第10章 石墨烯基纤维及其应用 223
10.1 概述 223
10.2 石墨烯基纤维的制备方法 225
10.2.1 湿法纺丝 225
10.2.2 干法纺丝 230
10.2.3 干喷湿纺 231
10.2.4 电泳沉积 232
10.2.5 薄膜纺丝 233
10.3 石墨烯基纤维的性能及影响因素 235
10.3.1 力学 235
10.3.2 电学性能 240
10.3.3 导热性能 243
10.3.4 驱动响应 244
10.3.5 其他性能 245
10.4 石墨烯基纤维的应用 245
10.4.1 导线及可拉伸导体 245
10.4.2 能源器件 246
10.4.3 驱动器件 248
10.4.4 场发射器件 249
10.4.5 固相微萃取 249
10.4.6 催化还原 250
10.5 总结及展望 250
参考文献 251