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納米碳管范文1
不過，說起納米藝術和納米碳管藝術，大多數人還真沒聽說過：難道納米、納米碳管也可以用來搞藝術?
納米藝術是近幾年才出現的新生事物，是隨著納米科技的飛速發展而產生的納米學科分支。作為納米科技的“明星”，納米碳管當然不能被排除在外，它是納米藝術中的主角。
現在，科學家或者納米藝術家已經可以用納米碳管做平面繪畫、三維造型、納米碳管揚聲器、納米收音機、納米琴弦、SPM(掃描探針顯微鏡)繪畫的“畫筆”等。另外，科學家們做納米碳管理論研究時也常常發現，納米碳管的分子構型、周圍的電磁場等通常也都具有一定的藝術欣賞性。
納米碳管平面繪畫藝術
說起納米碳管平面繪畫藝術，最值得一提的要算前一陣在媒體上被炒得沸沸揚揚的“納米奧巴馬”頭像了。納米奧巴馬頭像是由美國密歇根州立大學機械工程系教授約翰?哈特制造的。如圖1所示，每個納米奧巴馬頭像包含著1.5億個納米碳管，這些納米碳管像叢林中的樹木一樣垂直地排列著，每個納米碳管都是中空圓柱體結構，直徑僅為人類頭發的五萬分之一。據稱，為了創建“納米奧巴馬”頭像，哈特教授模仿了畫家謝潑德?費爾雷繪制的奧巴馬素描。首先，哈特將素描頭像縮小，并使用激光將頭像打印在一塊玻璃板上；然后，用紫外線照射模板。當紫外線穿過這個玻璃板模具時，會在一張硅薄片上形成相應的投影頭像；接著，他在這個頭像圖形的基礎上生成納米碳管，在制造納米碳管時采用了高溫催化化學反應；最后，使用電子顯微鏡對納米奧巴馬頭像進行拍照，得到了頭像僅有0.5毫米大小的納米藝術作品。
事實上，像這樣用納米碳管進行平面繪畫，對約翰-哈特教授來說并非第一次。早在2006年，哈特就因采用了類似的方法繪制了40個Playboy的納米碳管小兔子畫像而名聲大噪。如圖2所示，當時繪制的每只兔子的尺寸僅為100多微米。目前，這種納米碳管的平面繪畫技術已經比較成熟。
納米碳管三維造型藝術
如果說上面談到的納米奧巴馬和納米小兔子均屬于納米碳管的平面繪畫藝術，那么，美國倫斯勒工業大學一位教授運用納米管立體結構“繪制”的“雛菊”，則應屬于納米碳管的三維造型藝術范疇。如圖3所示，畫面上顯現的一朵朵三維“雛菊”均由成千上萬個排列方向不同的納米碳管束構成，雛菊的直徑約80微米。該成果展現的是這位教授不久前開發的一種新方法：用納米碳管作骨架按設計要求制作立體結構。
該項作品的制作思路大致如下：首先，在硅半導體上做成氧化硅模具；然后，在這個模具上利用化學氣相生成法所需的條件對納米碳管的生長速度進行控制，從而使它們成長為符合目標方位的碳管造型。
納米管音頻藝術
2009年1月，美國《連線》雜志評選出2008年十大科學突破。圖5納米碳管小刀?納米碳管單弦琴?其中之一為我國清華大學科學家使用納米碳管制作的揚聲器。這個揚聲器實際上是一種納米碳管薄膜，其發聲機制和普通揚聲器完全不同，普通揚聲器的發聲機制為機械振動，納米碳管膜的發聲機制為熱致發聲，即通過電流加熱“使之”振動并發出聲音。這種納米碳管揚聲器的聲音雖然有點刺耳，但仍能依稀聽出播放的是什么歌曲。
另外一個利用納米碳管發聲的設備為納米碳管收音機。它是美國加州大學物理學家澤托教授2007年的杰作。
2006年，美國科學家辛格制成了納尺度的“納米小刀”，這把納米小刀被認為將來可能用于細胞手術。事實上，納米碳管小刀也相當于一把單弦琴，若利用激光脈沖或SPM探針撥動琴弦，如圖5所示，使得納米碳管振動起來，該單弦琴也同樣會發出特定頻率的聲音來。
上述種種跡象表明，納米碳管揚聲器、收音機、單弦琴的出現，使得納米碳管發聲、甚至歌唱成為可能，這將為今后納米聲樂藝術的發展提供嶄新的思路。
納米管在“SPM繪畫”中的應用
20世紀80年代，掃描探針顯微鏡(SPM)的發明使人們對物質世界的認識與改造深入到了原子和分子層面。SPM成為人類首次既可以直接觀察原子、分子、納米粒子，又可以直接操縱原子、分子、納米粒子的工具。如圖6所示，由于SPM探針針尖的曲率半徑小，并且和樣品之間的距離很近，在針尖與樣品之間可以產生一個高度局域化的力場、電場等。該場會在針尖所對應的樣品表面微小區域產生力的作用、相變、化學反應等，這正是利用SPM進行納米加工、操縱粒子和繪畫的客觀依據。
圖7為科學家使用SPM搬動一氧化碳分子在鉑表面繪制(拼出)的“分子人”，分子人身高僅為幾個納米。要像圖7那樣使用SPM搬動原子、分子進行繪畫，SPM探針針尖的曲率半徑必須要足夠小，最好達到幾十納米(1納米=10-9米，相當于1米的10億分之一)。然而，目前大多數SPM探針針尖的曲率半徑都在300納米以上，用這么粗的SPM探針去操縱直徑小于1納米的原子或分子，就好比我們用一個磨盤粗細的“大柱子”去撥動一粒芝麻一樣，顯然是力不從心的。為此，科學家們成功地在SPM探針針尖上安裝了納米碳管，最終解決了上述難題。由于納米碳管的直徑很細，一般只有幾十納米，這樣，SPM搬動原子／分子進行作畫、并對最終的原子／分子畫進行觀察就變得容易了。原子、分子繪畫也終于有了強有力的工具。
納米管理論研究過程中的藝術
為了研究納米碳管的力學、電磁學等物理化學特性，科學家經常采用各種計算機軟件對納米碳管進行電磁場、力場等理論模擬。如果留意的話，科學家會發現，模擬的結果中，碳管周圍的各種電磁場等往往是絢麗的，常帶有一定的藝術性。正如圖8所示，它們分別為理論模擬后納米碳管束周圍的磁場和電場。
納米碳管范文2
碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結構即徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口的一維量子材料。
碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2-20 nm。并且根據碳六邊形沿軸向的不同取向可以將其分成鋸齒形、扶手椅型和螺旋型三種。其中螺旋型的碳納米管具有手性，而鋸齒形和扶手椅型碳納米管沒有手性。
碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能。
（來源：文章屋網 ）
納米碳管范文3
1991年，日本NEC科學家Iijima在制取C60的陰極結疤中首次采用高分辨隧道電子顯微鏡(HRTEM)發現一種外徑為515nm、內徑213nm、僅由兩層同軸類石墨圓柱面疊合而成的碳結構。進一步的分析表明，這種管完全由碳原子構成，并看成是由單層石墨六角網面以其上某一方向為軸，卷曲360°而形成的無縫中空管。相鄰管子之間的距離約為0.34nm，與石墨中碳原子層與層之間的距離0.335nm相近，所以這種結構一般被稱為碳納米管，這是繼C60之后發現的碳的又一同素異形體，是碳團簇領域的又一重大科研成果。
2碳納米管的結構
碳納米管（CNT）又名巴基管，是一種具有特殊結構（徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級、管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。它是由單層或多層石墨片圍繞中心軸按一定的螺旋角卷繞而成的無縫、中空的“微管”，每層由一個碳原子通過sp2雜化與周圍3個碳原子完全鍵合后所構成的六邊形組成的圓柱面。根據形成條件的不同，碳納米管存在多壁碳納米管(MWNTs)和單壁碳納米管(SWNTs)兩種形式。MWNTs一般由幾層到幾十層石墨片同軸卷繞構成，層間間距為0.34nm左右，其典型的直徑和長度分別為2-30nm0.1-50μm.SWNTs由單層石墨片同軸卷繞構成，其側面由碳原子六邊形排列組成，兩端由碳原子的五邊形封頂。管徑一般從10-20nm，長度一般可達數十微米，甚至長達20cm。
3碳納米管的活化
一般認為，在碳納米管表面引入一些電活性基團，經過活化才能有較好的電化學響應?；罨姆椒ㄒ话惴譃閮深悾孩僭谥瞥呻姌O前對碳納米管進行活化，包括在氣相中用空氣或等離子體氧化或用酸(主要是濃HNO3)氧化。以濃HNO3處理碳納米管的方法是：將碳納米管在濃硝酸中浸泡10小時后，100℃濃硝酸回流5-6小時。再將得到的懸濁液離心分離、烘干，得到粉末狀開管硝基化的碳納米管。取1mg分散至3ml的N-N-二甲基甲酰胺（DMF）中，超聲分散15分鐘，備用。②制成電極后，用電化學方法進行活化，即將碳納米管電極在一定溶液中(如磷酸鹽緩沖溶液)于一定電位范圍內循環掃描。經過活化以后，根據所用介質的不同，可以在碳管表面引入含氧、甚至含硫的基團，一般包括羥基、羰基、羧基、酚類和醌類化合物等，這些電活性基團可以催化或促進其他物質的電子傳遞反應。
4碳納米管的性質
4.1奇異的導電性碳納米管的性質與其結構密切相關。由于碳納米管的結構與石墨的片層結構相同，所以具有很好的電學性能。理論預測其導電性能取決于其管徑和管壁的螺旋角。當CNTs的管徑大于6mm時，導電性能下降；當管徑小于6mm時，CNTs可以被看成具有良好導電性能的一維量子導線。
4.2優異的力學性質除了奇特的導電性質之外，碳納米管還有非凡的力學性質。理論計算表明，碳納米管應具有極高的強度和極大的韌性。由于碳納米管中碳原子間距短、單層碳納米管的管徑小，使得結構中的缺陷不易存在，因此單層碳納米管的楊氏模量據估計可高達5太帕，其強度約為鋼的100倍，而密度卻只有鋼的1/6。因此，碳納米管被認為是強化相的終極形式，人們估計碳納米管在復合材料中的應用前景將十分廣闊。
4.3良好的熱學性能一維管具有非常大的長徑比，因而大量熱是沿著長度方向傳遞的，通過合適的取向，這種管子可以合成高各向異性材料。雖然在管軸平行方向的熱交換性能很高，但在其垂直方向的熱交換性能較低。納米管的橫向尺寸比多數在室溫至150℃電介質的品格振動波長大一個量級，這使得彌散的納米管在散布聲子界面的形成中是有效的，同時降低了導熱性能。適當排列碳納米管可得到非常高的各向異性熱傳導材料。
4.4優良的儲氫性能碳納米管的中空結構，以及較石墨(0.335nm)略大的層間距(0.343nm)，是具有更加優良的儲氫性能，也成為科學家們關注的焦點。1997年，A.C.Dillon對單壁碳納米管(SWNT)的儲氫性能做了研究，SWNT在0℃時，儲氫量達到了5%。DeLuchi指出:一輛燃料機車行駛500km，消耗約31kg的氫氣，以現有的油箱來推算，需要氫氣儲存的重量和體積能量密度達到65%和62kg/m3。這兩個結果大大增加了人們對碳納米管儲氫應用前景的希望。
5碳納米管的應用
由于碳納米管具有優良的電學和力學性能，被認為是復合材料的理想添加相。碳納米管作為加強相和導電相，在納米復合材料領域有著巨大的應用潛力。
5.1電化學器件碳納米管具有非常高的比表面積、導電性能和良好的機械性能，是電化學領域所需的理想材料。碳納米管電容器具有非常好的放電性能，能在幾毫秒的時間內將所存儲的能量全部放出，這一優越性能已在混合電力汽車中開始實驗使用。由于可在瞬間釋放巨大電流，為汽車瞬間加速提供能量，同時也可用于風力發電系統穩定電壓和小型太陽能發電系統的能量存儲。鋰離子電池是碳納米管應用研究領域之一。碳納米管鋰離子電池容量大，放電速度快，充放電容量達到1000mA.h/g，大大高于石墨（372mA.h/g）和球磨石墨粉（708mA.h/g）。
5.2氫氣存儲碳納米管儲氫是具有很大發展潛力的應用領域之一，室溫常壓下，約2/3的氫能從碳納米管中釋放出來，而且可被反復使用。碳納米管儲氫材料在燃料電池系統中用于氫氣存儲，對電動汽車的發展具有非常重要的意義，可取代現用高壓氫氣罐，提高電動汽車安全性。
5.3場發射裝置學術和工業界對碳納米管電子器件的研究主要集中在場發射管（電子槍），其主要可應用在場發射平板顯示器（FED）、熒光燈、氣體放電管和微波發生器。碳納米管平板顯示器是最具誘人應用潛力和商業價值的領域之一。
5.4碳納米管場效應晶體管碳納米管場效應晶體管的研制成功有力地證實了碳納米管作為硅芯片繼承者的可行性。尤其是目前，在科學家再也無法通過縮小硅芯片的尺寸來提高芯片速度的情況下，納米管的作用將更為突出。
5.5催化劑載體碳納米管由于尺寸小，比表面積大，表面的鍵態和顆粒內部不同，表面原子配位不全等導致表面的活性位置增加，是理想的催化劑載體材料。
納米碳管范文4
關鍵詞：碳納米管；蠟基復合粘結劑；金屬粉末注射成形
中圖分類號：TB321；TB324 文獻標識碼：A
在眾多金屬基復合材料增強相中，碳納米管（CNTs）以其獨特的結構和性能為人們所青睞.選擇碳納米管作為增強相，金屬基復合材料有望獲得高強度、高導電、高導熱、低膨脹、輕質等優異的綜合性能，更難能可貴的是由于碳納米管良好的柔韌性，復合材料將易于加工和處理.因此這一誘人的應用前景已經吸引人們為之努力.J.Yang等[1]用酒精和酸將碳納米管與鎂粉分散混合，干燥后在25 MPa的壓力下進行熱壓燒結.結果表明：碳納米管在基體中呈束狀分布，增強相與基體相之間沒有發生界面反應，強度最高僅為200 MPa.孟飛等[2]采用粉末冶金工藝結合軋制退火制備了碳納米管彌散強化銅基復合材料，研究表明，碳納米管彌散強化使材料的硬度得到了提高，但分布的均勻性及兩相的結合仍不夠理想.韓國Walid等[3]首先采用化學鍍方法在碳納米管表面沉積銅，冷壓后利用等離子體火焰燒結成型.結果表明其硬度可為原來的兩倍，楊氏模量提高近一倍.但是熱膨脹系數仍然很高，界面結合程度不好、碳納米管分布不均以及空隙的產生影響了復合材料綜合性能的發揮.Kim等 [4]采用分子水平混合法制備碳納米管增強銅基復合粉末，然后通過等離子體火焰燒結成功地制備了碳納米管分散均勻的復合材料.我們課題組[5]也取得了一些研究成果，采用靜電組裝方法通過液相預先合成微米級的碳納米管-銅復合顆粒.碳納米管被“鎖”在復合顆粒中，可極大地減少燒結過程中的偏聚，燒結成形后的復合塊材熱導率為240 W/（m·K）以上，熱膨脹系數小于8×10-6 /K，但這些方法既耗時又昂貴，難以實現規?；a.
由此可見，為了適應規?；a，通過機械或借助溶劑等簡單的方法作為混合手段難以使碳納米管在足夠含量下實現單分散和在整個金屬基體內的均勻分布.相對于金屬基體，具有一定粘度的聚合物，不論是在溶液混合或熔融混合中都能較容易地實現碳納米管的錨固和分散，有關碳納米管增強聚合物基復合材料的研究也已取得了很大進展.基于這一特點，我們考慮將分散了碳納米管的聚合物為主要組分的有機物作為粘結劑與金屬粉末混煉形成喂料，再采用注射成形，通過有效的脫脂和燒結等工藝，就可獲得復合材料塊體，這就是已發展了數十年的粉末注射成形技術（PIM）[6-8].脫脂是PIM技術的關鍵環節，既要使粘結劑脫除干凈，又要保留碳納米管與金屬粉末顆粒，這就要求碳納米管與粘結劑體系以非共價鍵方式連接.此外，研究還表明，在粘結劑中添加碳納米管不但能改善力學性能，而且還能提高導熱性能，這對在脫脂過程中減少熱應力、防止裂紋非常有利.目前，粉末成形技術對單一的金屬制品的制備已比較成熟，對二元金屬體系如鎢銅、鉬銅等也已有商業化產品[6，9-10]，但應用于復合材料領域則是新的方向，特別是應用于納米增強相的復合體系更是一個全新的探索.
PIM主要包括混料、制粒、成形、脫脂及燒結5個步驟，而混料中的粘結劑是PIM技術的核心.它既是注射時提供流動性的載體，又在成形坯脫脂階段起著維持坯塊形狀的作用，進而對注射成形坯的質量、脫脂、尺寸精度及合金成分等有很大的影響.因此，對粘結劑的流變學性能、熱性能等進行研究顯得尤為重要.本文將功能化的碳納米管引入PIM常用的蠟基粘結劑中，獲得碳納米管分散均勻的新型復合粘結劑.碳納米管的加入提高了粘結劑的結晶度，改善了它的熱穩定性，但對其流變學性能影響不大.
1實驗材料及方法
本實驗采用的碳納米管為北京天奈科技有限公司生產，直徑為20～50 nm，純度為95%.將其混合于添加了一定量乙二胺四乙酸（EDTA）的H2SO4/HNO3混合溶液中，微波加熱30 min得到有效的純化.
稱取一定量的石蠟和碳納米管加入燒杯中， 80 ℃水浴并機械攪拌30 min，形成碳納米管石蠟混合物.將此混合物加入已升溫至80 ℃，攪拌速度為30 r/min的密閉混煉機中，將混煉機調溫至135 ℃、轉速調為45 r/min，待溫度穩定后加入低密度聚乙烯（LDPE），15 min后加入硬脂酸.待LDPE基本熔融后將混煉機調溫至150 ℃，溫度穩定后加入高密度聚乙烯（HDPE），混煉1 h后得到碳納米管改性的粘結劑.
紅外光譜分析是在WQF410型傅里葉變換紅外光譜儀上進行的，吸收光譜掃描的波數范圍為400～4 000 cm-1.將樣品的觀察面（液氮脆斷面）噴金后用日立Hitachi S4800型場發射掃描電子顯微鏡觀察形貌.使用OLYMPUS BX51型偏光顯微鏡（PLM）對復合粘結劑進行晶體形態表征.用Philips PW 1710型X射線衍射儀對樣品進行物像分析.粘結劑的粘度是用上海精密儀器有限公司的NDJ8S型數字顯示旋轉粘度計測量的.DSC和TGA在德國耐馳NETZACH STA 449C型差熱分析儀上測試，氮氣氣氛，升溫速率5 ℃/min，掃描范圍30 ～ 800 ℃.
2結果與討論
2.1紅外分析
2.2復合粘結劑的形貌
圖2給出了添加含量都為4%（質量分數）的功能化前后碳納米管的復合粘結劑斷面SEM圖.為了避免聚乙烯（PE）纖維對碳納米管分布的干擾，樣品截面是在液氮中脆性斷裂后獲得的.如圖2（a）所示，在較低放大倍率下未經處理的碳納米管在復合粘結劑中分布不均勻，有團聚（如圖中圈出區域）.而經功能化處理后的碳納米管分布則比較均勻（如圖2（c））.這種截然不同的現象緣于功能化處理后的碳納米管表面接枝有許多官能團，這些官能團的存在使得碳納米管與PE鏈之間的范德華作用力增強[11]，從而顯著改善了碳納米管與PE的潤濕性.圖2（d）還顯示碳納米管外壁有一層厚厚的包覆層，其總直徑為150～200 nm，圖2（d）右上角的透射電鏡照片進一步表明碳納米管與包覆層結合緊密.與此形成鮮明對照的是，使用未處理的碳納米管的粘結劑，碳納米管加包裹層僅100 nm，且結合疏松，這進一步說明原始碳納米管與基體的潤濕性不好.這一現象與碳納米管的表面結構及聚合物的結構特點緊密相關.已有研究表明，碳納米管可誘發PE在其表面上形成納米晶[12-13].這是由于在熔融狀態的PE鏈能量較高傾向于附聚在功能化的碳納米管表面以降低其表面能[14].此外，功能化的碳納米管表面存在很多缺陷，使得其直徑與聚合物鏈的回轉半徑（PE100 kg/mol，Rg13.8 nm）更相近，其高度彎曲的表面導致強烈的幾何限制作用，從而迫使聚合物鏈以碳納米管為軸結晶，這與文獻[12]報道的一致.PE包覆層可以將碳納米管彼此隔開，同時可以克服納米碳管之間存在的較大范德華力，防止碳納米管團聚，極大地提高了碳納米管在PW中的分散能力.
2.3復合粘結劑的結晶性能
圖3（a），（b），（c）和（d）分別為碳納米管含量0， 2%， 4%和6%（質量分數）的復合粘結劑的偏光顯微照片（暗色區域為非晶區，亮色區域為結晶區）.可看出，隨著碳納米管含量的增加，圖中片狀物尺寸變小，白點的數量增加，說明碳納米管的加入起到促進形核的作用，并使晶粒細化.為了證實偏光圖片的分析結果，我們采用XRD對不同碳納米管含量的粘結劑進行表征，結果（圖4）顯示，4種粘結劑的主要吸收峰均出現在2θ為21.3°和23.6°，分別對應于PE的 （110） 和 （200） 晶面.與不含碳納米管的粘結劑相比，碳納米管改性的粘結劑在21.3°處的吸收峰明顯增強，這進一步說明碳納米管作為一種增強相能促使基體形核結晶.眾所周知，聚合物材料的物理性能很大程度上取決于它們的顯微結構和結晶度，且彈性模量和柔韌性等機械性能也受結晶性的影響.添加碳納米管后粘結劑結晶度的提高和晶粒的細化將導致生坯強度的提高，十分有利于從成型、脫脂到燒結過程中保形性的需求.
2.4復合粘結劑的流變學性能
在注射成形溫度下，粉末注射成形喂料的流動性是由粘結劑提供的.為了有效調節注射成形參數以實現良好的充型，需要對粘結劑的粘度進行測定.由于PIM喂料的粘度與工業上使用的熱塑性塑料的粘度處于同一范圍，測定粘結劑粘度，一般采用塑料行業中所使用的毛細管粘度計.但由于實驗條件有限，本實驗將常用于測量液體表觀粘度的旋轉粘度計用來測量熔融狀態下復合粘結劑的粘度，也能在一定程度上反應在注射成形溫度下粘結劑的流動性.在已知轉子轉速的條件下，試樣對轉子的粘滯阻力由測力傳感器測得后，即可獲得該溫度下剪切應力與剪切速率的比值，也就得到了粘度值.原始碳納米管和功能化碳納米管的含量與粘度的關系如圖5所示.我們可以發現，碳納米管的加入使得粘結劑的粘度增加.這是因為碳納米管和粘結劑分子鏈之間的作用力阻礙了它們的相對運動.因此，我們可以選擇較低分子量的聚合物作為粘結劑的組份，這樣既能滿足流動性和保形性的需求，又有利于后續的脫脂和燒結.進一步增加碳納米管的含量，粘結劑的粘度沒有明顯增加，且原始碳納米管和功能化碳納米管對粘度的影響趨于一致，說明阻礙作用到達極限值時，粘度也將不再升高.上述結果證明，添加碳納米管對粘結劑的流動性影響不大，此粘結劑仍能滿足金屬粉末注射成形對流動性的要求.
2.5復合粘結劑的熱性能
圖6顯示的是添加了6%（質量分數）功能化碳納米管的改性粘結劑與不含碳納米管的粘結劑的DSC和TGA性能對比.在DSC曲線圖（圖6（a））中對應的第一個吸熱峰61 ℃對應石蠟的玻璃化溫度，第二個吸熱峰121 ℃對應PE的玻璃化溫度.從方框內曲線可看出，碳納米管改性粘結劑中PE的玻璃化溫度（Tg為121.818 ℃，比普通蠟基粘結劑中PE的結晶溫度高1.379 ℃）.此外，如圖6（b）所示，作為添加劑的功能化碳納米管使聚合物基體的熱分解溫度也提高了.從以上結果看來，由于功能化碳納米管在復合粘結劑中均勻分布，即使在大量石蠟存在的情況下也能誘導PE形成大量的微晶區，提高材料整體的結晶度.同時由于碳納米管表面有大量的羥基和羧基，能夠和PE分子鏈形成較強的作用力，限制PE鏈的自由運動，這樣就使復合粘結劑中PE的Tg較純粘結劑中PE有所提高.
更重要的是，熱重曲線可用于確定注射成形過程中熔體的上限溫度和分解溫度，從而制定出合適的成形和脫脂工藝.為了避免粘結劑在混煉和注射等成形過程中降解，應使溫度低于170 ℃.當溫度達到500 ℃時兩種粘結劑的降解趨于穩定.純粘結劑幾乎完全分解，殘留量僅為0.15%（質量分數）.碳納米管改性粘結劑的殘留量是10.39%.這是由于在氬氣氣氛保護下碳納米管并沒有降解，且粘結劑分解后有少量的殘余碳.這一結果說明，碳納米管的加入沒有對粘結劑的脫除產生很大影響，熱脫脂后能夠得到較純凈的樣品.
3結論
通過熔融混煉成功制備了碳納米管改性的復合粘結劑.掃描電鏡顯微照片顯示，功能化的碳納米管在粘結劑基體中能均勻分散，而未經處理的碳納米管則有較嚴重的團聚.實驗結果表明，功能化碳納米管的加入能有效提高粘結劑的結晶度，從而將提高生坯的強度和保形性.此外，碳納米管的加入對復合粘結劑的粘度影響不大，這樣就可以既滿足保形性要求的同時又不影響喂料的流動性.碳納米管與粘結劑之間以非共價鍵連接，這樣就可以既使粘結劑脫除干凈又保留碳納米管和金屬粉末.綜上所述，這種新型碳納米管改性復合粘結劑適用于金屬粉末的注射成形.
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納米碳管范文5
目前，測定水樣中鉛含量的方法主要有二硫腙分光光度法、原子吸收法、等離子體質譜以及電化學方法等，其中電化學方法由于操作簡便、儀器小型化等而日益引起人們的關注。電分析方法測定鉛常用各種汞或汞膜電極〔1，2〕，但汞本身對人類有危害并可造成環境的再次污染。本文采用多壁碳納米管修飾玻碳電極作為工作電極，完全做到無汞化操作，實現了對水樣中痕量鉛的高靈敏度高選擇性的測定，并且制作方便、重現性好、方法簡單可靠?，F將結果報告如下。
1 材料與方法
11 儀器和試劑 CHI660A型電化學工作站(上海辰華儀器公司)，采用三電極體系：多壁碳納米管修飾玻碳電極為工作電極，Ag/AgCl(飽和KCl溶液)電極為參比電極，鉑絲電極為對電極。鉛標準儲備液(001mol/L)，使用前按需要稀釋；雙十六烷基磷酸(瑞士Fluka公司);多壁碳納米管(南京大學化學化工學院生命分析化學教育部重點實驗室);其他試劑均為分析純;實驗用水均為二次蒸餾水。
12 碳納米管修飾電極的制備 將5mg多壁碳納米管(MWCNT)和5mg雙十六烷基磷酸(DHP)加入5ml二次蒸餾水中，超聲分散約20min直至得到1mg/ml均一、淺黑色的MWCNT-DHP懸浮液。玻碳電極(有效直徑為3mm)依次用03，005μm Al2O3粉及麂皮拋光至鏡面，然后分別在無水乙醇和二次蒸餾水中超聲清洗1min，紅外燈下烘干。用微量進樣器取10μl上述懸浮液滴加在玻碳電極表面，紅外燈下揮發掉溶劑即可。
13 實驗方法 取10ml含有002mol/L KI的01mol/L醋酸緩沖液(pH=45)于電解池中，在-040～+020V之間用循環伏安法活化修飾電極直至循環伏安曲線穩定。然后加入一定量的鉛標準溶液，于-100V處攪拌富集5min，靜止15s后用示差脈沖溶出伏安法在-100～-040V區間，以100mV/s的掃速作陽極化掃描，記錄溶出伏安曲線，測量-058V處鉛的溶出峰電流。每次測定后，電極在空白底液中循環掃描以除去吸附在表面的沉積物，恢復其催化活性。
2 結果
21 分析底液的選擇 實驗結果表明，溶出峰電流在底液中含有KI時有顯著提高，并且峰電流隨著底液中I的濃度由0變化到002mol/L而逐漸增大，而I的濃度繼續增大時，峰電流增加不明顯。分別用濃度均為01mol/L的含有002mol/L KI的鹽酸、醋酸緩沖液、磷酸緩沖液等作為底液進行分析，發現在醋酸緩沖液中溶出峰電流較大，峰形較好。另外在醋酸緩沖液中，當pH值從70逐漸減小到45時，溶出峰電流逐漸增加；而當pH值由45變化至30時，溶出峰電流反而下降，故本實驗選擇含有0.02mol/L KI的0.1mol/L醋酸緩沖液(pH=45)作為分析底液。
22 修飾劑用量的影響 實驗表明，滴加在玻碳電極表面的MWCNT-DHP懸浮液用量對鉛的溶出峰電流有很大的影響。當MWCNT-DHP懸浮液的量從0逐漸增加到10μl時，鉛的溶出峰電流顯著增加，在懸浮液用量從10μl增加到15μl的過程中，峰電流變化不明顯，幾乎維持在一固定值。但當懸浮液用量繼續增大時，峰電流反而降低。本實驗采用10μl 的MWCNT-DHP懸浮液用量來制備化學修飾電極。
23 富集電位和時間的影響 在上述實驗條件下，觀察溶出峰電流隨富集電位的變化。結果表明，峰電流隨富集電位的負移而增大，但峰形逐漸變差，背景電流也有所增加，只有富集電位在-100V時，峰電流大且峰形好，因此，選擇-100V作為實驗的富集電位。在選定的富集電位下，富集時間從0增加到5min的過程中，溶出峰電流幾乎線性增加，當超過5min時，峰電流增加緩慢，幾乎不變，說明Pb2+在電極表面吸附達到了飽和。故富集時間選用5min。
24 線性范圍、檢出限及重現性 配制一系列標準溶液，按實驗方法在上述選定的最佳實驗條件下進行測定，并繪制標準曲線。結果表明，Pb2+濃度與峰電流在18×10-8～10× 10-5mol/L范圍內呈線性關系，其線性回歸方程為：ip(μA)=014+221 × 107C(mol/L)(r=09972)。測得鉛的檢出限為40×10-9mol/L(信噪比為3)。對20×10-7mol/L的鉛溶液平行測定10次的相對標準偏差為39％，該電極天天測定，并常溫空氣下保存1個月后，測定相同濃度鉛溶液，峰電流僅下降約58％，說明此修飾電極具有很好的重現性和長期的穩定性。
25 干擾實驗 在選定的最佳實驗條件下，測定20×10-7mol/L的Pb2+溶液時，2000倍的Na+、Ca2+、Mg2+、K+、Al3+、Cl-、NO3-、SO42-、PO43-，500倍的Zn2+、Fe2+，100倍的Cu2+、Cd2+、Fe3+幾乎不干擾鉛的測定(誤差
26 實際水樣分析(表1) 為了檢驗該修飾電極的實際應用，在優化的實驗條件下，采用標準加入法測定了4種實際水樣中的Pb2+濃度。為了驗證測試結果，同時用原子吸收光譜法對其進行測試，2法所得結果基本吻合。
表1 多壁碳納米管修飾電極測定實際水樣中的鉛離子（略）
3 討論
本文利用碳納米管的獨特物理和化學性能，制備了多壁碳納米管修飾玻碳電極，采用示差脈沖溶出伏安法測定實際水樣中的痕量鉛，真正做到完全無汞化操作，避免了二次污染。經研究發現，在分析底液中加入KI可以提高檢測靈敏度，在實驗條件的優化選擇研究中發現修飾劑用量應適宜，因為DHP具有絕緣效應，會阻礙傳質及電子交換過程，從而降低修飾電極的導電性能。通過標準曲線的繪制與實際水樣的分析，可知該修飾電極具有很好的重現性與選擇性及高靈敏度，抗干擾能力強，常見離子幾乎不干擾鉛的測定，僅有Hg2+干擾較嚴重，主要是因為在修飾電極表面Hg2+可以被還原為Hg，從而使得鉛更容易被還原形成汞齊，使測定結果偏高?？傊摲椒ê唵慰煽?，重現性好，靈敏度高，克服了以往電分析方法的一些缺陷，具有較好的實際應用前景。
參考文獻
納米碳管范文6
關鍵詞： 納米活性炭纖維 生物膜 降解 景觀水處理技術
近年來城市化發展越來越快，人們對周圍生活環境的要求不斷提高，居民小區內出現了大量的各式各樣的景觀水體，城區及公園內也建造了綠地用來美化環境。但是，當這些景觀水體運行一段時間后，都出現了不同程度的污染，受污染的原因來自不同程度的點源、面源污染及管理維護不足等多方面，景觀水體富營養化趨勢嚴重，影響了景觀效果，給人們的日常生活帶來了不便。
1.納米活性炭纖維微觀結構
普通活性炭纖維結構的大小僅為人類頭發的十分之一，性脆不可編織。而納米活性炭纖維可以達到50～200nm，它具有顯著的向異性、柔軟性，可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現出很高的強度。用高倍電子掃描鏡觀察納米碳管的形貌（如圖1.1所示），可以看出，納米活性炭纖維表面微觀結構的刻蝕變化較普通活性炭纖維明顯，有更加清晰的溝槽結構，大大增加了表面的粗糙度。
納米活性炭纖維這種特殊的孔狀結構使它具有很大的比表面積，而高達500～1700m■/g的比表面不僅使它具有普通活性碳的吸附功能，而且能為水中微生物和有益藻類等的生長、繁殖提供巨大的生物附著表面，為硝化、反硝化細菌等各種有益藻類生長創造非常適宜的條件。
a普通活性炭纖維 b普通活性炭纖維
1000倍SEM圖 5000倍SEM圖
c納米活性炭纖維 d納米活性炭纖維
1000倍SEM圖 5000倍SEM圖
圖1.1 普通活性炭纖維和納米活性炭
纖維微觀結構SEM圖片
納米活性炭纖維有很大的比表面積，在纖維表面上，可以直接接觸吸附質分子；外表面積比粒狀活性炭大1～2個數量級。
2.納米活性炭纖維在水處理中的基本原理
2.1納米活性炭纖維生物膜的形成及作用
放入水體中的納米活性炭纖維在陽光的照射下吸收紫外線引起自身振動發出次超聲波，超次聲波使各種細菌逐漸吸附到碳纖維表面，而碳纖維超大的比表面為各種細菌大量繁殖提供載體，逐漸形成生物反應膜。
生物膜是使細菌和菌類一類的微生物和原生動物、后生動物一類的微型動物附著在濾料或某些載體上生長繁育，在其上形成的膜狀生物污泥。污水與生物膜接觸，污水中的有機污染物，作為營養物質，為生物膜上的微生物所攝取，污水得到凈化，微生物自身也得到繁衍增殖。生物膜成熟的標志是：生物膜沿水流方向的分布，在其上由細菌及各種微生物組成的生態系及其對有機物的降解功能都達到了平衡和穩定的狀態。
2.2納米活性炭纖維生物膜中幾個重要參數分析
2.2.1生物膜的比增長速率
微生物比增長速率（μ）是描述生物膜增長繁殖特別性的最常用參數之一，它反映微生物增長的活性。微生物比增長速率的定義為：
μ=（dX/dt）/X （2-1）
式中X-微生物濃度，[質量][體積]■
μ-微生物比增長速率，[時間]■
生物膜比增長速率主要分為兩類：一是動力學增長階段的比增長速率，即為生物膜最大比增長速率，二是整個生物膜過程的平均比增長速率。
（1）生物膜最大比增長速率（μ■）
生物膜在動力學增長期遵循以下規律：
■=μ■M■
積分后得lnM■=μt+C
（2）生物膜平均比增長速率■
生物膜平均比增長速率計算公式為：
■=■ （2-2）
式中M■——生物膜穩態時對應生物膜量，[質量][面積]■
M■——初始生物膜量，[質量][面積]■
生物膜平均比增長速率反映了生物膜表觀增長特性。由于生物膜成長過程中伴隨著非活性物質的積累，從嚴格意義上說并不能真實反映生物膜群體的增長特性。
2.2.2底物比去除速率（q■）
q■=■ （2-3）
式中q■——底物比去除速率，[時間]■
Q——進水流量，[體積][時間]■
S■——進水底物濃度，[質量][體積]■
S——出水底物濃度，[質量][體積]■
A■——載體表面積，[面積]
底物比去除速率反映了生物膜群體的活性，底物的去除速率越高，生物膜生化反應越高。
2.3納米活性炭纖維生物膜中的微生物及作用
有機物的降解主要是由納米活性炭纖維表面生物膜中的微生物完成。主要微生物包括細菌、真菌、放線菌和原生動物等，氨氧化細菌將水中的氮有機物轉化為無機氮化合物，可被微生物利用，然后經過亞硝化細菌、硝化細菌和反硝化細菌將氮去除；真菌具有強大的酶系統，能促進纖維素、木質素、果膠等的分解，將蛋白質最終分解放出氨；放線菌在分解含氮和不含氮的有機化合物中起著重要作用，同時能分解氨基酸等蛋白物質，也能形成抗生物質維持系統中生物群落的動態平衡；原生動物通過攝食微生物和碎屑起到調節微生物群落的動態平衡和清潔水體的作用。系統內污染物的去除與微生物之間有明顯的相關性：污水中的BOD和COD的去除率與微生物的數目都有較明顯的正相關性；污水中的氨氮的去除率與根區的硝化細菌和反硝化細菌數量的正相關性顯著；而磷的去除率則與磷細菌數目呈正相關。
