纳米碳纤维.ppt

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1、纳米碳纤维纳米碳纤维碳纳米碳纤维碳纳米碳纤维碳纳米纤维简介碳纳米纤维简介碳纳米纤维的几种制备方法碳纳米纤维的几种制备方法碳纳米纤维的应用碳纳米纤维的应用碳纳米碳纤维简介碳纳米碳纤维简介 碳纳米纤维碳纳米纤维(Carbon Nanofiber）简）简称称CNF，直径一般在，直径一般在50 200nm，长度分布在长度分布在50100m，是介于纳，是介于纳米碳管和普通碳纤维之间的准一维米碳管和普通碳纤维之间的准一维碳材料，由纳米尺寸的石墨片层在碳材料，由纳米尺寸的石墨片层在空间与纤维的轴向成不同角度堆积空间与纤维的轴向成不同角度堆积而成，（而成，（因其具有这种独特的纤维因其具有这种独特的纤维结构）结

2、构）不仅具有缺陷数量少、比不仅具有缺陷数量少、比表表面积大、长径比大等优点，还兼具面积大、长径比大等优点，还兼具低密度、高比模量、高比强度、高低密度、高比模量、高比强度、高导电性、高导热性以及结构致密导电性、高导热性以及结构致密等等特性。特性。纳米碳纤维阵列纳米碳纤维阵列等离子体增强化学气相沉积法等离子体增强化学气相沉积法气相流动催化法气相流动催化法碳碳纳纳米米纤纤维维的的制制备备方方法法静电纺丝法静电纺丝法电弧法电弧法喷淋法喷淋法基体法基体法基体法是利用陶瓷或基体法是利用陶瓷或SiOSiO2 2纤维作基体，在基体纤维作基体，在基体上均匀分散纳米级催化上均匀分散纳米级催化剂颗粒（多为、剂颗粒（

3、多为、等过渡金属），、等过渡金属），反应过程中催化剂始终反应过程中催化剂始终沉积在反应器中的基体沉积在反应器中的基体上，根据催化剂活性的上，根据催化剂活性的不同选择合适的反应温不同选择合适的反应温度，通入烃类气体热解度，通入烃类气体热解并分解，碳沉积生长获并分解，碳沉积生长获得具有纳米尺度的碳纤得具有纳米尺度的碳纤维。维。喷淋法是在一定的压力条件下，喷淋法是在一定的压力条件下，将纳米级催化剂（如金属细粉、将纳米级催化剂（如金属细粉、二茂铁等）颗粒按一定的比例二茂铁等）颗粒按一定的比例混入苯等液体有机溶剂中，然混入苯等液体有机溶剂中，然后将含有催化剂的混合溶液喷后将含有催化剂的混合溶液喷淋到高温

4、反应中，制备出纳米淋到高温反应中，制备出纳米碳纤维。采用喷淋法生长碳纤碳纤维。采用喷淋法生长碳纤维可以实现催化剂的连续注入，维可以实现催化剂的连续注入，为工业的连续化生产提供了有为工业的连续化生产提供了有利条件。然而在喷淋过程中催利条件。然而在喷淋过程中催化剂颗粒分布不均匀以及它与化剂颗粒分布不均匀以及它与烃类气体的比例很难控制，导烃类气体的比例很难控制，导致该方法生产的碳纳米纤维所致该方法生产的碳纳米纤维所占比例很小。占比例很小。气相流动催化法是将含有气相流动催化法是将含有金属的有机物（如二茂铁）金属的有机物（如二茂铁）加入到碳氢化合物中作为加入到碳氢化合物中作为催化剂的前驱体直接加热，催化

5、剂的前驱体直接加热，并将其以气体形式与烃类并将其以气体形式与烃类气体一起引入高温反应室，气体一起引入高温反应室，经过不同的温度反应区完经过不同的温度反应区完成催化和烃类气体的分解，成催化和烃类气体的分解，分解的金属颗粒作为催化分解的金属颗粒作为催化剂分散在整个反应室空间，剂分散在整个反应室空间，而热解生成的碳原子在纳而热解生成的碳原子在纳米级催化剂催化下生长成米级催化剂催化下生长成碳纳米纤维。碳纳米纤维。静电纺丝是一种对高分子溶液或熔体施加高压进行纺丝来制备碳纳米纤维的新方法。原理可以参照图1-1进行说明，它首先将聚合物溶液或熔体带上成千至上万伏的静电，带电的聚合物在电场的作用下首先在纺丝口形

6、成泰勒（Taylor）锥，当电场力达到能克服纺丝液内部张力时，泰勒锥体被牵伸，且做加速运动，运动着的射流被逐渐牵伸变细，由于其运动速率极快，而使得最终沉积在收集板上的纤维成纳米级，形成类似非织造布的纤维毡。纤维毡在空气中经过280、30 min左右的预氧化及在N2氛围中经过8001000的炭化处理最终得到纳米碳纤维。电镀镍膜法生长的螺旋纳米碳纤维电镀镍膜法生长的螺旋纳米碳纤维 采用电镀工艺制备催化剂Ni膜，以化学气相沉积方法合成螺旋纳米碳纤维。1.碳纳米纤维的力学性能与应用碳纳米纤维的力学性能与应用 对纳米碳纤维进行表面处理，以改进它与树脂基体的物理与化学连接。经表面处理的纳米碳纤维可提高纯树

7、脂的强度和模量性能。作为结构复合材料增强剂的现实应用是改性基体材料，少量的纳米碳纤维加入到环氧树脂，可极大改进纳米碳纤维复合材料的层间剪切强度，抗拉力、压力、弯曲等力学性能。纳米碳纤维是制备复合材料的理想的轻质增强材料。下图为高系数纤维和纳米碳纤维合成网球拍。碳纳米纤维的应用碳纳米纤维的应用 2.碳纳米纤维电学性能与应用碳纳米纤维电学性能与应用 由于纳米碳纤维直径细且导电，在纺织品中添加少量纳米碳纤维，既可以防止静电的产生，同时又不会影响纺织品的舒适性。对于面板类的静电喷漆，要求电阻率达到104106，加入少量3%纳米碳纤维就可以达到这一要求。而加入一般碳纤维往往不能满足要求，因为一般碳纤维直

8、径太大，使静电喷漆表面而太粗糙。纳米碳纤维直径很细，静电喷漆表面可以达到A级光洁度。3.碳纳米纤维电磁性能与应用碳纳米纤维电磁性能与应用 碳纳米管将取代薄金属圆筒，在电子器件小型化和高速化的进程中发挥重要作用。4.碳纳米纤维储氢性能与应用碳纳米纤维储氢性能与应用 由于纳米碳纤维独特的晶格排列结构，其储氢数量大大的高过了传统的储氢系统。纳米碳纤维层与层间距为0.343nm，还能产生一些带有斜口形状的层板，层间距0.337 nm。而分子氢气的动力学直径为0.289nm，所以纳米碳纤维能用来吸附氢气。另外，由于这些层板之间的氢的结合是不牢固的，降压时能够通过膨胀来放出氢气，直到系统恢复常压。5新型的

9、催化剂载体新型的催化剂载体 经过表面处理的纳米碳纤维可以负载贵金属催化剂，由于纳米碳纤维颗粒比较小，结构可控，而且表面经过一定的处理，使得贵金属很好的负载到纳米碳纤维表面，并很好的结合并分散，所以作为烯烃加氢催化剂一般都有很好的催化活性，使反应有很好的转化率以及选择性。6.碳纳米纤维的热学性能与应碳纳米纤维的热学性能与应用用 由于热传导率在两个方向上的明显差异。可以通过适当地排列纳米碳纤维获得良好的各向异性热传导材料。中科院物理研究所谢思深研究小组为了研究纳米碳纤维热学性能，开发了一种同时测量细条状导电样品的热导率和比热容的3w方法。这种测量方法使得热学性质的测量如同电阻测量那么容易。对于铂丝的测量结果证明这种方法是简单、正确和可靠的，用来测量极微量样品的热导率比热容，优于常规方法。纳米碳纤维发热板纳米碳纤维发热板碳纳米纤维是一项多学科交叉、多技术集成的系统工程，有着广阔的应用前景：如碳纳米管储氢、锂离子充电电池的电极材料、微区、放射性清洁及同位素分离、纺织混纺材料、高强度碳纤维复合材料、纳米电子器件、催化纤维和膜工业、可溶性碳纳米管试剂、碳纳米管肌肉等。谢谢结束！结束！