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单壁碳纳米管拉曼光谱的理论研究(这是楼主在本科做SRTP时,在老师的帮助下利用计算机模拟碳纳米管的振动模式)碳纳米管的应用前景碳纳米管的导电性能与结构有关,不同结构的碳纳米管有可能是金属性的也有可能是半导体性的。电子在一维尺寸上表现出输运特性,其最为突出的特性可以归纳为以下三点:(1)纳米尺度形成的细微结构。一般单壁碳纳米管的直径在0.4~2nm,长度则可达数微米至数毫米,因而具有很大的长径比,是准一维的量子线。(2)纳米结构造就的特殊电学性质。碳纳米管的电学性质中最为特别的有5点:管的能隙(禁带宽度)随螺旋结构、直径变化;电子在管中形成无散射的弹道输运;电阻振幅随磁场变化的AB效应;低温下具有库仑阻塞效应和吸附气体对能带结构的影响。(3)碳碳键构筑的超高力学性能。碳纳米管的基本网格和石墨烯一样,是由自然界最强的价键之一,sp2杂化形成的C=C共价键组成,因此碳纳米管是所有已知最结实、刚度最高的材料之一。其轴向弹性模量目前从理论估计和实验测定均接近甚至超过石墨烯片。碳纳米管的强度极高,其独特的电学、力学和化学特性使它在下列方面具有广阔的应用前景。
美国麻省理工学院(MIT)宣布,发现了利用碳纳米管的新发电现象——“热力波”(Thermopower Wave)(英文发布资料)。麻省理工学院在《自然—材料学》([i]Nature Materials[/i])上发表了有关详细内容。发现这一现象的麻省理工学院化学工程副教授Michael Strano称,热力波是一种当热波在碳纳米管上高速传播时,会同时搬运电子或空穴(Hole)的现象。比如用环三次甲基三硝铵(RDX,塑料炸弹的主要材料)对多层碳纳米管(MWCNT)进行涂层,并在其一端通过激光器半导体点“火”。热波就会像导火线似的在多层碳纳米管上高速移动。其移动速度在2860K温度下超过2m/s,“是普通化学反应速度的1万倍”(麻省理工学院)。Strano等人发现,在这种波传递的同时能够形成非常大的电力。论文中的输出密度为7kW/kg。麻省理工学院表示,“论文发表之后开发工作仍在继续,现在已经实现了相当于锂离子充电电池100倍的输出密度”。Strano称,这种现象无法通过在热电转换元件中广为人知的“塞贝克效应”(Seebeck Effect)进行合理解释。“虽然被称作‘燃烧波’(Combustion Wave)的现象从100多年前就已经能够从理论上加以解释,但在碳纳米管上产生燃烧波、而且燃烧波还会产生电流,却是此前一直不为人知的现象”(Strano)。虽然利用这种现象的具体应用实例尚未出现,不过Strano表示“有望用于米粒大小的超小型传感器和可嵌入体内的电子产品等,或是散布在空气中使用的环境传感器”。上述现象为不可逆反应,因此无法用于充电电池,不过Strano表示“能够制造出不漏电不放电、可半永久性保存的(一次)电池”。资料来源:[url]http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/20104231042214218903.shtm[/url]
1. 研究背景碳纳米管因为其优异的导电性而常被作为催化剂的载体,然而碳纳米管一般石墨化程度比较高,纳米粒子在其表面不太容易负载而容易发生团聚问题。所以,要对碳纳米管进行预处理以提高催化剂在其表面的分散性。通常碳纳米管预处理方式有有机酸处理,有机物处理使其接上有机物链状结构,或者是采用酸处理。酸处理对于碳纳米管来说是比较简便易行的方式,然而酸的选择对于不同石墨化程度的碳纳米管而言是非常重要的,酸化程度过高,会导致碳纳米管表面接上太多的含氧官能团而导致亲水性太好难以分离,而酸化程度不够又难以达到预期的效果,所以本研究对碳纳米管进行不同混酸体积比的处理,通过红外研究其酸化程度。2. 实验部分对碳纳米管用不同体积比的硝酸和硫酸进行了酸化处理,通过红外光谱验证碳纳米管表面官能团的变化。3. 仪器说明仪器型号:Nicoiet 8700, Thermo Fisher。4. 结果与讨论 下图为不同硝酸与硫酸体积比处理的碳纳米管的傅里叶红外光谱变换图,从图中可以看到明显的C-C的伸缩振动峰。除此之外,在3500 cm-1 左右以及170 cm-1左右代表羟基以及羧基的振动峰,而众所周知,碳纳米管上羧基含量的多少代表这碳纳米管表面的酸化程度,所以主要关注这两个峰的变化。从图中可以看到,随着硫酸体积的增加,对应的羟基以及羧基的振动峰逐渐加强,说明碳纳米管表面酸化程度逐渐加剧。而从实验现象分析,碳纳米管在这个过程中都没有出现难以分离的现象,所以对于实验所用碳纳米管,在硫酸体积比为4:1的时候酸化程度较好。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/08/201508262132_563072_2257998_3.jpg5. 结论从上边的分析可以看到,随着硫酸含量的增加,碳纳米管表面羧基以及羟基官能团的量逐渐增加,说明其对应的碳纳米管酸化程度逐渐增加。这一结果对于提高碳纳米管的负载等实验很有借鉴意义。