高纯阵列碳纳米管制备与应用

　　《高纯阵列碳纳米管制备与应用》是“先进化工材料关键技术丛书”的一个分册。 本书在参阅国内外大量有关科技文献和资料的基础上，认真总结国内外科研进展，并融入作者多年科研工作的成果，全面介绍了高纯阵列碳纳米管制备方法和应用技术，详细论述了水平阵列碳纳米管的制备、垂直阵列碳纳米管的可控宏量制备、碳纳米管的提纯和分散、阵列碳纳米管的电化学储能应用、高性能碳纳米管复合材料、碳纳米管空气过滤及吸附应用等。 本书适合纳米科学与技术、材料科学与工程、化学、化工、物理和相关领域的科研人员、高校师生、工程技术人员及管理人员阅读与参考。

　　魏飞，清华大学化学工程系教授，系学术委员会主任，绿色反应工程与工艺北京市重点实验室主任。中国颗粒学会常务理事兼能源颗粒材料专业委员会主任。1984毕业于华东石油学院炼制系有机化工专业，1990年获石油大学有机化工博士学位。在Science、Nature等杂志发表论文600余篇，SCI他引5万余次，是克莱恩近七年材料领域高被引科学家之一。获教育部“长江学者”特聘教授（1999年）、国家杰出青年基金（1997年）等。 成功实现了千吨级碳纳米管在锂离子电池中的规模应用，实现了气固下行床催化裂化、高速湍动床甲醇制丙烯、芳烃、苯胺、氯乙烯、丙烯腈、间苯二腈等30台新概念反应器产业化，研究成果获国家科技进步二等奖（2002年、2008年）、教育部自然科学一等奖（2005年、2015年）、教育部技术发明一等奖（2012年）等。

第一章 绪论 001
第一节 碳纳米材料与碳纳米管 003
一、碳纳米材料概述 003
二、碳纳米管的出现 004
第二节 碳纳米管结构与性能 006
一、碳纳米管的结构 006
二、碳纳米管的优异性能与应用 010
第三节 碳纳米管的宏量制备 015
一、碳纳米管的工程化 015
二、碳纳米管的应用 017
参考文献 018

第二章 水平阵列碳纳米管的制备 021
第一节 概述 022
一、碳纳米管原子层面的生长机理及影响因素 022
二、水平阵列碳纳米管的生长模式 026
三、水平阵列碳纳米管的Schulz-Flory 分布生长理论 029
四、碳纳米管克隆生长机理 033
第二节 水平阵列碳纳米管的结构控制 035
一、水平阵列手性碳纳米管自催化生长与定向进化方法 035
二、高纯度碳纳米管的自纯化生长调控 038
三、高密度单色碳纳米管线团的原位组装 049
四、超长水平阵列碳纳米管的制备 065
第三节 结构完美的水平阵列碳纳米管性质与应用 069
一、碳纳米管力学性质及其机械储能应用 069
二、碳纳米管聚集体的力学性能 078
三、碳纳米管晶体管与感光器件 085
四、碳纳米管集成电路与芯片 091
五、碳纳米管的热学性质 097
六、水平阵列碳纳米管的管层间超润滑性质 103
第四节 结构完美的水平阵列碳纳米管的批量制备技术 109
一、批量化超长碳纳米管制备 109
二、大面积超长碳纳米管的制备与表征 111
参考文献 116

第三章 垂直阵列碳纳米管的可控宏量制备 129
第一节 概述 130
一、垂直阵列碳纳米管阵列 130
二、垂直阵列碳纳米管制备方法 131
第二节 垂直阵列碳纳米管的协同生长 136
一、垂直阵列碳纳米管的协同生长机制 136
二、不同曲率表面碳纳米管的生长行为 141
三、不同结构表面碳纳米管生长机制分析 144
四、利用曲面基板实现碳纳米管阵列的制备 146
第三节 垂直阵列碳纳米管调变及催化剂设计 148
一、碳纳米管多级结构调变概述 148
二、碳纳米管/石墨烯杂合组装结构 152
三、基于LDH的碳纳米管双螺旋的制备 156
第四节 垂直阵列碳纳米管结构的批量制备 163
一、碳纳米管批量制备的工程原理 163
二、碳纳米管阵列的工程化制备 164
三、氮掺杂碳纳米管阵列的工程化制备 166
四、流化床中单壁碳纳米管/石墨烯杂合物的宏量制备 174
第五节 阵列碳纳米管放大生产的多因素分析 176
一、纳米聚团流化 176
二、质量、热量传递核算 181
三、流化床反应器中合成碳纳米管 183
参考文献 189

第四章 碳纳米管提纯和分散 199
第一节　碳纳米管提纯 200
一、碳纳米管杂质形成机理 200
二、单壁碳纳米管的纯度提升 202
三、碳纳米管/石墨烯杂合物的纯度提升 204
第二节　碳纳米管的预氧化 205
一、单壁碳纳米管弱氧化处理 205
二、多壁碳纳米管的空气氧化 210
第三节　碳纳米管的酸洗提纯 212
第四节　碳纳米管的高温蒸发提纯 213
一、高温提纯中碳纳米管变化 213
二、多壁聚团碳纳米管高温提纯 218
三、真空高温提纯碳纳米管金属脱除机理 219
第五节　碳纳米管的氯化提纯 223
第六节　手性碳纳米管提纯技术 224
一、液相色谱技术 224
二、密度梯度超速离心技术 226
三、原位生长调控技术 226
第七节　碳纳米管的分散概述 227
第八节　碳纳米管的水系分散 228
一、酸氧化碳纳米管水分散 229
二、添加剂辅助单壁碳纳米管的水分散 232
第九节　碳纳米管的有机分散 233
第十节　碳纳米管酸质子化液晶 236
第十一节　碳纳米管分散的应用 238
一、锂离子电池 238
二、透明导电薄膜 239
三、涂料 241
参考文献 243

第五章 阵列碳纳米管的电化学储能应用 247
第一节　电化学储能系统简介 248
一、电池 248
二、电容器 249
三、碳材料在储能系统中的应用 251
第二节　阵列碳纳米管的电池应用 252
一、阵列碳纳米管的电池正极应用 252
二、阵列碳纳米管的电池负极应用 265
第三节　阵列碳纳米管的超级电容器应用 269
一、阵列碳纳米管作为主电极材料的应用 269
二、阵列碳纳米管作为辅助电极材料的应用 278
参考文献 280

第六章 高性能碳纳米管复合材料 285
第一节　概述 286
一、轻质碳纤维复合材料介绍 286
二、轻质碳纳米管复合材料介绍 287
第二节　碳纳米管复合材料类型 290
一、碳纳米管力学复合材料 290
二、碳纳米管功能复合材料 291
第三节　碳纳米管高强复合材料力学基础 293
一、碳纳米管本征结构 293
二、碳纳米管界面强化 295
三、碳纳米管取向与空间排布 296
第四节　轻质高强碳纳米管复合材料制备技术 298
一、碳纳米管纤维及纤维增强复合材料 299
二、碳纳米管复合材料制备技术 301
三、碳纳米管复合材料增材制造技术 302
第五节　碳纳米管功能复合材料的制备技术 303
一、预分散-共混技术 303
二、预分散-原位聚合技术 305
第六节　碳纳米管聚合物增强复合材料 305
一、碳纳米管增韧热固性树脂 305
二、碳纳米管增强热塑性树脂 311
第七节　碳纳米管聚合物导电复合材料 313
一、碳纳米管导电塑料 313
二、碳纳米管导电薄膜 315
第八节　碳纳米管电磁屏蔽和吸收材料 316
一、碳纳米管电磁屏蔽材料 317
二、碳纳米管电磁吸收材料 320
第九节　碳纳米管散热节能橡胶 322
一、碳纳米管聚合物导热复合材料概述 322
二、碳纳米管节能橡胶 323
三、碳纳米管高导热复合材料的工程应用 325
第十节　碳纳米管柔性复合材料 325
一、碳纳米管柔性传感器 325
二、碳纳米管人造肌肉 327
第十一节　碳纳米管金属基复合材料 329
一、碳纳米管铝基复合材料 330
二、碳纳米管镁基复合材料 333
第十二节　碳纳米管陶瓷基复合材料 335
一、碳纳米管增韧碳化硅陶瓷 335
二、碳纳米管增韧氧化铝 337
第十三节　碳纳米管复合材料发展趋势 338
参考文献 340

第七章 碳纳米管空气过滤及吸附应用 345
第一节　纳米纤维过滤简介 346
一、高效空气过滤材料 346
二、纳米纤维过滤材料 347
第二节　碳纳米管空气过滤材料 348
一、碳纳米管空气过滤理论 348
二、纳米纤维捕捉气溶胶颗粒的原位观察 354
第三节　碳纳米管薄膜 360
一、纯碳纳米管薄膜过滤 360
二、碳纳米管/多孔基底复合结构膜 363
第四节　碳纳米管纳米梯度过滤 364
一、多级结构 364
二、纳米梯度结构 368
第五节　碳纳米管纳米聚团流化床过滤 371
一、纳米聚团流化床过滤特点 371
二、纳米颗粒物的逸出 373
第六节　碳纳米管过滤材料的安全性 374
第七节　碳纳米管吸附材料 375
一、碳纳米管吸附VOC 375
二、碳纳米管去除臭氧 376
参考文献 378

索引 382