第1章 绪论 1
1.1纳米材料与纳米技术 1
1.2碳纳米管概述：结构与分类 3
1.2.1碳纳米管的优异性能 4
1.2.2碳纳米管的团聚结构 6
1.3碳纳米管的宏量制备 7
参考文献 9
第2章 聚团状多壁碳纳米管的宏量制备 11
2.1纳米尺度下多壁碳纳米管的组装规律 12
2.1.1生长机理 12
2.1.2催化剂设计 13
2.2碳纳米管的团聚生长 20
2.2.1聚团的形成及其宏观形貌 21
2.2.2碳纳米管的多级聚团结构 22
2.2.3碳纳米管聚团的生成过程 23
2.3碳纳米管聚团的流体力学行为 30
2.3.1碳纳米管聚团流化床的流化现象和床层膨胀 31
2.3.2碳纳米管聚团流化床的流体力学行为 34
2.3.3碳纳米管聚团流化床的气体扩散行为 44
2.4碳纳米管的制备过程研究 45
2.4.1催化剂还原与甲烷裂解协同提高甲烷转化率 45
2.4.2双层流化床变温操作调变碳纳米管生长 47
2.4.3流化床浮游催化剂法制备分支碳纳米管 49
2.5多壁碳纳米管的宏量制备 51
2.6碳纳米管的分散与纯化 52
2.6.1碳纳米管的液相分散 52
2.6.2破碎-絮凝分离纯化碳纳米管 55
2.6.3高纯碳纳米管产品的制备 56
2.7碳纳米管在复合材料中的应用 57
2.7.1含碳纳米管的超强纤维 57
2.7.2碳纳米管/高分子导电复合材料 59
2.7.3碳纳米管/聚酯抗静电纤维及织物 61
2.7.4碳纳米管/电磁屏蔽吸波材料 63
2.7.5碳纳米管/陶瓷复合材料 64
2.7.6碳纳米管导电墨水 65
2.7.7碳纳米管超级电容器 66
2.7.8碳纳米管用于锂离子电池电极 67
2.8结语 69
参考文献 69
第3章 聚团状单壁碳纳米管的宏量制备 75
3.1引言 75
3.2单壁碳纳米管的催化生长 76
3.2.1基板催化剂体系 77
3.2.2浮游催化剂体系 77
3.2.3粉末催化剂体系 78
3.3宏量制备单壁碳纳米管 92
3.3.1低空速流化床制备单壁碳纳米管 92
3.3.2高空速流化床连续生产单/双壁碳纳米管 93
3.4结语 94
参考文献 94
第4章 碳纳米管垂直阵列的宏量制备 98
4.1碳纳米管阵列的合成方法 98
4.1.1负载催化剂化学气相沉积 98
4.1.2浮游催化剂化学气相沉积 100
4.2碳纳米管阵列的生长机理 102
4.2.1原子/分子尺度上碳纳米管的生长 102
4.2.2单根尺度上碳纳米管的生长 103
4.2.3协同作用下碳纳米管的生长 104
4.3曲面生长碳纳米管阵列 115
4.3.1球形颗粒表面辐射生长碳纳米管阵列 117
4.3.2片状材料法向生长碳纳米管阵列 122
4.3.3异形颗粒表面生长碳纳米管阵列 124
4.4插层生长碳纳米管阵列 125
4.5流化床批量制备碳纳米管阵列 130
4.5.1流化床制备阵列的基础：生长过程中颗粒连续稳定地流化 131
4.5.2流化床批量制备的碳纳米管阵列表征 136
4.5.3流化床制备碳纳米管阵列的过程放大 139
4.5.4碳纳米管阵列的纯化 140
4.6碳纳米管阵列的应用 141
4.6.1阵列整体作为功能器件 141
4.6.2 CNT丝 143
4.6.3 CNT阵列分散后的应用 143
4.6.4 CNT阵列插层复合物的应用 144
参考文献 148
第5章 超长碳纳米管水平阵列的宏量制备 155
5.1引言 155
5.2超长碳纳米管的结构与合成化学 155
5.2.1超长碳纳米管的结构 156
5.2.2超长碳纳米管的生长机理及生长模式 157
5.2.3超长碳纳米管的合成方法 164
5.3超长碳纳米管水平阵列的结构与形貌调控 168
5.3.1超长碳纳米管的本征结构调控 168
5.3.2超长碳纳米管水平阵列的形貌调控和宏观操纵 175
5.4超长碳纳米管的结构及性质表征 193
5.4.1超长碳纳米管的SEM表征 194
5.4.2超长碳纳米管的TEM表征 195
5.4.3超长碳纳米管的AFM表征 197
5.4.4超长碳纳米管的STM表征 197
5.4.5超长碳纳米管的拉曼表征 197
5.4.6超长碳纳米管的电学性质表征 199
5.5超长碳纳米管水平阵列宏量制备的一些策略 199
5.5.1催化剂的改进 200
5.5.2超长碳纳米管水平阵列长度的改进 200
5.5.3超长碳纳米管水平阵列密度的改进 200
5.6典型应用 201
5.6.1在碳纳米管本征性质研究方面的应用 201
5.6.2在纳米电子器件方面的应用 202
5.6.3在工程材料领域的应用 204
5.7结语 205
参考文献 205
第6章 特种碳纳米管的宏量制备 213
6.1掺杂碳纳米管 213
6.1.1硼/氮掺杂碳纳米管 213
6.1.2其他杂原子掺杂碳纳米管 216
6.1.3掺杂碳纳米管的典型应用 217
6.2螺旋碳纳米管 218
6.2.1单螺旋碳纳米管 219
6.2.2双螺旋碳纳米管 220
6.2.3螺旋碳纳米管的典型应用 221
6.3碳纳米管结 223
6.3.1一维碳纳米管结 223
6.3.2多维碳纳米管结 225
6.3.3碳纳米管异质结 228
6.3.4碳纳米管结的典型应用 229
6.4大空腔碳纳米管 230
6.4.1大空腔单壁碳纳米管 231
6.4.2大空腔多壁碳纳米管 232
6.4.3大空腔碳纳米管的典型应用 233
6.5特定长度的碳纳米管 234
6.5.1超短碳纳米管 234
6.5.2超长碳纳米管 235
6.5.3特定长度的碳纳米管的典型应用 237
6.6表面性能调变的碳纳米管 238
6.6.1共价调变 239
6.6.2非共价调变 241
6.6.3典型应用 241
参考文献 242
第7章 石墨烯简介及其宏量制备 256
7.1石墨烯制备方法 256
7.1.1机械法剥离石墨 256
7.1.2化学气相沉积 258
7.1.3外延生长 259
7.1.4电弧放电方法 259
7.1.5石墨插层化合物溶剂化解理 260
7.1.6全化学有机合成 260
7.1.7切割碳纳米管 260
7.1.8石墨氧化及还原法 261
7.2基于石墨烯的超结构以及杂化物 266
7.2.1石墨烯膜 266
7.2.2石墨烯垂直阵列 266
7.2.3石墨烯-碳纳米管杂化物 266
7.2.4石墨烯-金属杂化物 266
7.2.5石墨烯-氧化物杂化物 267
7.2.6石墨烯-量子点杂化物 267
7.3石墨烯典型应用 267
7.3.1微电子工业 267
7.3.2透明导电膜 269
7.3.3能源转化与存储 270
7.3.4石墨烯基催化剂 272
7.3.5石墨烯复合材料 272
7.3.6传感器及生物探针 273
7.4结语 273
参考文献 274