碳纳米管填充

1、碳纳米管内填充铁磁纳米线的应用与前景广东工业大学材料与能源学院黄颖欣碳纳米管简介n碳纳米管（Carbon nanotubes，缩写为CNTs）是在1991年1月由日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨透射电子显微镜从电弧法生产的碳纤维中发现的。n碳纳米管填充铁磁性金属材料记为MCNTs由碳原子形成的石墨烯片层围成的一种管状结构，而且它们的直径很小（0.4-100nm左右），基本都在纳米尺度，所以称其为纳米碳管。n在理想情况下，仅仅包含一层石墨烯的纳米碳管称为单壁纳米碳管（Single-walled carbon nanotubes,简称SWNTs）。 n包含两层以上石墨烯片层的纳米碳

2、管称为多壁纳米碳管（Multi-walled carbon nanotubes,简称MWNTs），片层之间的距离为0.34-0.36nm。不同管壁数目的纳米碳管的高分辨电镜照片不同管壁数目的纳米碳管的高分辨电镜照片（从左至右管壁数目分别为一至五）（从左至右管壁数目分别为一至五） 碳纳米管的性能n力学性能n电磁性能n化学性能n吸附性能1、碳纳米管的力学性能 理论和实验研究表明碳纳米管具有极高的拉伸强度,理论计算值为钢的100倍,但其密度仅为钢的1/6。Treacy等人在透射电子显微镜中测定热致振动的振幅,结果表明,碳纳米管具有异常高的扬氏模量,平均值为118Tpa。同时碳纳米管还具有极高的韧性,

3、十分柔软,延伸率可达到20%，它被认为是未来的“超级纤维”。n长度和直径之比可达 10010002、碳纳米管的电磁性能 碳纳米管不同的直径和螺旋度可以使其呈现金属导电性或半导体特性。碳纳米管具有独特的导电性、很高的热稳定性和本征迁移率,比表面积大,微孔集中在一定范围内,满足理想的超级电容器电极材料的要求。磁性金属填充碳纳米管nCNTs是作为填充金属物质的纳米容器，有很好的应用前景。铁磁性金属（如 Fe，Co，Ni）的纳米粒子和纳米线一般比较容易氧化，如果将其填充到碳纳米管中，由于碳纳米管的保护作用，可以使其抗氧化能力大大提高。n同时由于填充有铁磁性金属材料的碳纳米管兼具有良好的磁性能和电性能。

4、应用在什么方面？n高密度数据储存n磁力显微镜探针n肿瘤治疗n电磁波吸收n场发射显示应用于高密度数据储存基于：n1.高矫顽力n2.铁磁性材料由碳纳米管机械地隔开n3.高的长径比应用于磁力显微镜探针基于：1.纳米量级直径2.高长径比3.良好柔韧性应用于肿瘤治疗n自从靶向给药系统的研究开始之后，靶向制剂便被认为是抗癌药物的适宜剂型。而在众多靶向制剂中，脂质体又以其独特的优势成为各国医药人员研究的热点。n金属铁填充碳纳米管可以作为脂质体的载体，Monch 等人研究发现，如果将它们与膀胱癌细胞一块加入到培养基中，2 小时内它们就可以把脂质体输运到癌细胞的细胞质中，可以达到调控细胞质内外脂质体浓度的目的，

5、如果配合核磁共振成像(MRI)技术使用，则对于膀胱癌的诊断和治疗将起到非常重要的作用。 应用于电磁波吸收n若将MCNTs分散在环氧树脂等基体材料中制成吸波涂层，碳纳米管在电磁场作用下会产生耗散电流，将入射的电磁波部分转化为焦耳热；同时，管壁内或管壁外的磁性链可以等效成磁偶极子，这些磁偶极子处于粘滞性基体材料中，在入射的交变电磁场作用下作阻尼运动，对电磁波形成阻尼，从而可以同时实现对电磁波的磁损耗和电损耗，有望用作一种在较宽的频段对电磁波实现强衰减的低密度且高效的吸波材料。该涂层在 218 GHz 频段内对入射波的衰减均达 10 dB 以上。模板辅助+CVD750 退火，3 h热处理后的FeCN

6、Ts填充到环氧树脂基体中，制雷达波吸收涂层FeCNTs应用于场发射显示基于：1.纳米级发射尖端2.大的长径比3.良好的热稳定性4.导电性理想场致发射材料研究发现 FeCNTs 经磁场取向排列后具有更低的开启电场(1.5 V/m)，要优于未填充的定向碳纳米管(2.50 V/m)。碳纳米管填充金属材料的制备方法n一步法n二步法毛细填充法溶液化学法电弧放电法熔盐电解法模板辅助法热解金属有机物法电弧放电法 在真空反应器中充以一定压力的惰性气体或氢气，采用较粗大的石墨棒为阴极，较细小的石墨棒为阳极，在电弧放电的过程中，阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含碳纳米管的产物。 熔盐电解法 所谓熔盐电

7、解法通常是指以将一种或几种无机盐类置于一个作为阳极的碳坩埚中，加热使之熔融作为液态电解质，以另外一根石墨棒作为阴极进行电解反应来制备填充碳纳米管的一种方法。 熔盐电解法对于制备低熔点金属填充的碳纳米管是有效的，但应用于高熔点金属(如 Zn、Cu等)时的效果并不理想，得到的主要是颗粒状产物，而且得到的碳层的石墨化程度很差。 模板辅助法模板辅助法是制备纳米结构较为常用的一种方法。一般需要先合成出适宜尺寸和结构的模板，然后利用物理或化学的方法向其中填充各种金属、非金属或半导体材料，从而获得所需特定尺寸和功能的纳米结构。这种方法的优点在于可通过调整模板制备过程中的各种参数制得粒径分布窄，尺寸可控和易掺

8、杂的超分子纳米材料。 北京大学的 Che 等人以多孔氧化物载体为模板，在其孔道内用CVD法制得了填充有铁纳米线的碳纳米管。他们在实验中，首先制得了孔道内填有铁盐(Fe2(SO4)3)的多孔 Al2O3-SiO2复合氧化物载体，作为碳纳米管生长的模板材料，再以甲烷为碳源在石英管式炉中生长碳纳米管，最后还需要经过盐酸、NaOH 和蒸馏水洗涤，以除去残留的氧化物载体材料。不过仅通过这种工艺制得的填充 Fe 的晶化程度不好。为了得到结晶更好的 Fe，还需要将得到的样品再次放入石英管退火处理一段时间。等离子体辅助法 即在低温下采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术生长出定向碳纳米管薄膜。 PEC

9、VD法是在CVD法的基础上，激发气体，使其产生低温等离子体，增强反应物质的化学活性，从而进行外延的一种方法。PECVD 法相比CVD法，具有下面三个显著的优点： n1） 与热解 CVD 技术相比, 等离子体内部的自建电场使得 PECVD 技术生长的 CNTs 定向程度较高； n2） 等离子体中含有大量高活性的化学基团, 可显著降低 CNTs 生长的温度范围。 CVD 法生长 CNTs 的温度一般为 800-1000 ，而 PECVD 可以降至400 左右； 热解金属有机物法金属有机物（二茂铁、二茂钴、五羰基铁等）作催化剂分解出纳米级的金属颗粒石英管中加热至一定温度通入烃类 (如甲烷、乙炔、二甲苯等)作为碳源MCNTs由于金属有机物是作为催化剂使用，所以用量一般都不大。用此方法，容易得到竹节状的MWNTs。？，？h毛细填充法n通过毛细作用进行填充，但前提是填充液体与碳纳米管的