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第1章 绪论1

1.1纳米材料与纳米技术1

1.2碳纳米管概述：结构与分类3

1.2.1碳纳米管的优异性能4

1.2.2碳纳米管的团聚结构6

1.3碳纳米管的宏量制备7

参考文献9

第2章 聚团状多壁碳纳米管的宏量制备11

2.1纳米尺度下多壁碳纳米管的组装规律12

2.1.1生长机理12

2.1.2催化剂设计13

2.2碳纳米管的团聚生长20

2.2.1聚团的形成及其宏观形貌21

2.2.2碳纳米管的多级聚团结构22

2.2.3碳纳米管聚团的生成过程23

2.3碳纳米管聚团的流体力学行为30

2.3.1碳纳米管聚团流化床的流化现象和床层膨胀31

2.3.2碳纳米管聚团流化床的流体力学行为34

2.3.3碳纳米管聚团流化床的气体扩散行为44

2.4碳纳米管的制备过程研究45

2.4.1催化剂还原与甲烷裂解协同提高甲烷转化率45

2.4.2双层流化床变温操作调变碳纳米管生长47

2.4.3流化床浮游催化剂法制备分支碳纳米管49

2.5多壁碳纳米管的宏量制备51

2.6碳纳米管的分散与纯化52

2.6.1碳纳米管的液相分散52

2.6.2破碎-絮凝分离纯化碳纳米管55

2.6.3高纯碳纳米管产品的制备56

2.7碳纳米管在复合材料中的应用57

2.7.1含碳纳米管的超强纤维57

2.7.2碳纳米管/高分子导电复合材料59

2.7.3碳纳米管/聚酯抗静电纤维及织物61

2.7.4碳纳米管/电磁屏蔽吸波材料63

2.7.5碳纳米管/陶瓷复合材料64

2.7.6碳纳米管导电墨水65

2.7.7碳纳米管超级电容器66

2.7.8碳纳米管用于锂离子电池电极67

2.8结语69

参考文献69

第3章 聚团状单壁碳纳米管的宏量制备75

3.1引言75

3.2单壁碳纳米管的催化生长76

3.2.1基板催化剂体系77

3.2.2浮游催化剂体系77

3.2.3粉末催化剂体系78

3.3宏量制备单壁碳纳米管92

3.3.1低空速流化床制备单壁碳纳米管92

3.3.2高空速流化床连续生产单/双壁碳纳米管93

3.4结语94

参考文献94

第4章 碳纳米管垂直阵列的宏量制备98

4.1碳纳米管阵列的合成方法98

4.1.1负载催化剂化学气相沉积98

4.1.2浮游催化剂化学气相沉积100

4.2碳纳米管阵列的生长机理102

4.2.1原子/分子尺度上碳纳米管的生长102

4.2.2单根尺度上碳纳米管的生长103

4.2.3协同作用下碳纳米管的生长104

4.3曲面生长碳纳米管阵列115

4.3.1球形颗粒表面辐射生长碳纳米管阵列117

4.3.2片状材料法向生长碳纳米管阵列122

4.3.3异形颗粒表面生长碳纳米管阵列124

4.4插层生长碳纳米管阵列125

4.5流化床批量制备碳纳米管阵列130

4.5.1流化床制备阵列的基础：生长过程中颗粒连续稳定地流化131

4.5.2流化床批量制备的碳纳米管阵列表征136

4.5.3流化床制备碳纳米管阵列的过程放大139

4.5.4碳纳米管阵列的纯化140

4.6碳纳米管阵列的应用141

4.6.1阵列整体作为功能器件141

4.6.2 CNT丝143

4.6.3 CNT阵列分散后的应用143

4.6.4 CNT阵列插层复合物的应用144

参考文献148

第5章 超长碳纳米管水平阵列的宏量制备155

5.1引言155

5.2超长碳纳米管的结构与合成化学155

5.2.1超长碳纳米管的结构156

5.2.2超长碳纳米管的生长机理及生长模式157

5.2.3超长碳纳米管的合成方法164

5.3超长碳纳米管水平阵列的结构与形貌调控168

5.3.1超长碳纳米管的本征结构调控168

5.3.2超长碳纳米管水平阵列的形貌调控和宏观操纵175

5.4超长碳纳米管的结构及性质表征193

5.4.1超长碳纳米管的SEM表征194

5.4.2超长碳纳米管的TEM表征195

5.4.3超长碳纳米管的AFM表征197

5.4.4超长碳纳米管的STM表征197

5.4.5超长碳纳米管的拉曼表征197

5.4.6超长碳纳米管的电学性质表征199

5.5超长碳纳米管水平阵列宏量制备的一些策略199

5.5.1催化剂的改进200

5.5.2超长碳纳米管水平阵列长度的改进200

5.5.3超长碳纳米管水平阵列密度的改进200

5.6典型应用201

5.6.1在碳纳米管本征性质研究方面的应用201

5.6.2在纳米电子器件方面的应用202

5.6.3在工程材料领域的应用204

5.7结语205

参考文献205

第6章 特种碳纳米管的宏量制备213

6.1掺杂碳纳米管213

6.1.1硼/氮掺杂碳纳米管213

6.1.2其他杂原子掺杂碳纳米管216

6.1.3掺杂碳纳米管的典型应用217

6.2螺旋碳纳米管218

6.2.1单螺旋碳纳米管219

6.2.2双螺旋碳纳米管220

6.2.3螺旋碳纳米管的典型应用221

6.3碳纳米管结223

6.3.1一维碳纳米管结223

6.3.2多维碳纳米管结225

6.3.3碳纳米管异质结228

6.3.4碳纳米管结的典型应用229

6.4大空腔碳纳米管230

6.4.1大空腔单壁碳纳米管231

6.4.2大空腔多壁碳纳米管232

6.4.3大空腔碳纳米管的典型应用233

6.5特定长度的碳纳米管234

6.5.1超短碳纳米管234

6.5.2超长碳纳米管235

6.5.3特定长度的碳纳米管的典型应用237

6.6表面性能调变的碳纳米管238

6.6.1共价调变239

6.6.2非共价调变241

6.6.3典型应用241

参考文献242

第7章 石墨烯简介及其宏量制备256

7.1石墨烯制备方法256

7.1.1机械法剥离石墨256

7.1.2化学气相沉积258

7.1.3外延生长259

7.1.4电弧放电方法259

7.1.5石墨插层化合物溶剂化解理260

7.1.6全化学有机合成260

7.1.7切割碳纳米管260

7.1.8石墨氧化及还原法261

7.2基于石墨烯的超结构以及杂化物266

7.2.1石墨烯膜266

7.2.2石墨烯垂直阵列266

7.2.3石墨烯-碳纳米管杂化物266

7.2.4石墨烯-金属杂化物266

7.2.5石墨烯-氧化物杂化物267

7.2.6石墨烯-量子点杂化物267

7.3石墨烯典型应用267

7.3.1微电子工业267

7.3.2透明导电膜269

7.3.3能源转化与存储270

7.3.4石墨烯基催化剂272

7.3.5石墨烯复合材料272

7.3.6传感器及生物探针273

7.4结语273

参考文献274