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高温石墨化碳纳米管
一、碳纳米管与高温石墨化碳纳米管的简介
CNTS作为一种新型的碳材料,它的独特中空管状结构,纳米级的尺寸,高的有效比表面积,优异的电化学稳定性和电学性质,使其具有许多潜在的应用价值。
CNTs属于晶态碳,是碳氢化合物气体分解而在纳米催化剂颗粒表面定向生长而成,管壁具有规则的石墨平面层结构。石墨结构为以六角环形平面状大分子构成的层片为主体,层片之间相互平行,以氢键作用相互结合,其管壁与石墨的结构一样。但通常批量或规模化生产的CNTs粉体中含有不少非晶碳。
其中,伴生于CNTs的非晶碳是碳氢化合物气体在一定温度下分解而在催化剂粒子以外的载体上形成碳的沉积过程,首先是形成若干自由基,然后自由基经过凝结与聚合被吸附于基体表面。虽然,非晶碳也是以六角环形平面状大分子为主体的,但是许多平面状大分子之间的相对位置并不呈有序排列,即紊乱的层状结构,因此显不出石墨晶体的性质。
在含有的较多非晶碳的CNTs中其性能有所降低,从而影响了CNTs的应用。高温石墨化是提高碳基材料晶化程度,提高碳基材料各种性能的有效方法之一。
石墨化后的CNTs粉体比表面积比原始粉体明显减小,这是因为在石墨化过程中,非晶碳中以六角环形片状体大分子为构造单元在高温下逐渐互相平行并重叠,相邻距离不断缩小,使得原有的平面层团之间的缝隙和孔消失。石墨化后的粉体的比电阻比原始粉体显著下降,由于高温石墨化处理过程中,晶格结构发生转化,非晶碳转变成晶态碳,在三维上晶体长大,晶格界面减小,电子在晶界上的散射也减小,电阻率降低。
因此,高温石墨化可以有效地减小CNTs粉体内的非晶碳,提高粉体的晶态程度,是改善CNTs性质,提高其应用功能的一条有效途径。也就是说,对CNTs经高温处理后,可以明显地提高其石墨化程度,降低了非晶碳含量,是纯化CNTs粉体的有效方法。
二、我中心制备的石墨化碳纳米管
中国科学院成都有机化学有限公司(中科时代纳米)的石墨化碳纳米管由纯化的碳纳米管经2800℃高温10天的热处理获得,其导电性与石墨粉相当,晶格趋于完整,氧化温度790℃,纯度可达99.99%
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