導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇納米碳管，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】SCN-；納米銀；多壁碳納米管；Nafion；化學(xué)修飾電極；電化學(xué)行為

文章編號(hào)：ISSN1006―656X（2013）12-0085-04

由于納米材料的特殊性能，使其成為人們常用的一種電極材料。近年來(lái)，利用碳納米管負(fù)載貴金屬粒子制得電催化活性高的新型催化劑成為一個(gè)新的研究方向 。納米復(fù)合材料將成為人們研究的熱點(diǎn)，本文用Nafion分散復(fù)合材料納米銀和已羧基化的多壁碳納米管修飾玻碳電極，通過(guò)循環(huán)伏安（CV）、微分脈沖（DPV）等電化學(xué)方法研究了該電極在混合磷酸鹽緩沖溶液（PBS）中的電化學(xué)行為以及對(duì)硫氰酸根（SCN-）的測(cè)定。

一、實(shí)驗(yàn)部分

（一） MWCNTs的預(yù)處理

用化學(xué)沉積法制得的MWCNTs常含有未除盡的金屬催化劑，因此必須加以純化。稱取MWCNTs（0.5 g）分散于HCl（60 mL 4.0 mol/L）中，超聲處理4 h后用二次蒸餾水洗至中性。

最后再用60 mL濃HNO3和濃H2SO4（1：3 v/v）的混合液超聲處理上述處理過(guò)的MWCNTs 4 h，最后二次蒸餾水洗至中性，100 ℃真空干燥4 h。

（二）GCE/ Nafion+nano Ag+ MWCNTs 修飾電極的制備

修飾劑的制備：分別稱取0.5 mg 已羧基化的 MWCNTs和0.5 mg 納米銀粉溶解于0.1%的Nafion（取20 μL5%的Nafion用無(wú)水乙醇稀釋至1 mL）。超聲分散30 min，得分散良好的Nafion+nano Ag+MWCNTs黑色懸濁液。

修飾電極的制備：先用1 μm，0.3 μm，0.05 μm Al2O3 把玻碳電極進(jìn)行拋光處理，再用蒸餾水清洗干凈后，分別再在1：1 HNO3、無(wú)水乙醇、蒸餾水中超聲清洗5 min，室溫晾干。用微量注射器取10 μL 修飾劑滴涂于電極表面，自然晾干。每次使用前，修飾電極在支持電解質(zhì)內(nèi)循環(huán)掃描4圈進(jìn)行活化。

（三）實(shí)驗(yàn)方法

用試管（10 mL）量取5 mL 0.1 mol/L PBS，轉(zhuǎn)入電解池中并加入適量的硫氰酸根溶液。于-0.4 V和富集2 s后，在-0.4 V～0.8 V 之間，以GCE/Nafion+nano Ag +MWCNTs 為工作電極，以100 mV/s 的掃描速率用循環(huán)伏安（Cyclic voltammetry）向陽(yáng)極化方向掃描記錄伏安曲線；于-0.15 V 富集30 s 后，在-0.15 V～0.28 V 之間記錄微分脈沖伏安（Differential pulse voltammetry）曲線；以-0.1 V 為初始電勢(shì)，0.2 V 為階躍電勢(shì)， 記錄雙電勢(shì)階躍計(jì)時(shí)庫(kù)侖 （Chronocoulometry）曲線；以[Fe（CN）6]3-/4-的式量電位0.18 V 為起始電位，以0.01～10 kHz為測(cè)試頻率范圍，在10 mmol/L [Fe（CN）6]3-/4-中測(cè)試電化學(xué)交流阻抗（EIS） 。

二、結(jié)果與討論

（一）實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化

1、支持電解質(zhì)濃度的選擇及pH 對(duì)峰電流影響

采用循環(huán)伏安法，分別考察了SCN-在0.1 mol/L 的 H2SO4、HCl、NH3-NH4Cl、KCl、 NaOH、HAc-NaAc、混合磷酸鹽中的伏安行為。由圖3-1可知，SCN_在0.1 mol/L 混合磷酸鹽緩沖溶液中峰形最好且峰電流最大，所以本實(shí)驗(yàn)選擇0.1 mol/L 混合磷酸鹽緩沖溶液作為支持電解質(zhì)濃度。不同pH值混合磷酸鹽緩沖溶液（0.1 mol/L）對(duì)氧化峰電流的影響中是不同的。圖3-2顯示pH值為8.0時(shí)，峰電流最好，為此選擇該P(yáng)H的0.1 mol/L的混合磷酸鹽緩沖溶液作為支持電解質(zhì)。

圖3-1 支持電解質(zhì)濃度與氧化峰電流的關(guān)系 圖3-2 pH 對(duì)氧化峰電流的影響

2、修飾劑用量、富集（起始）電位和富集時(shí)間對(duì)峰電流的影響

圖3-3表明，修飾劑用量不同對(duì)氧化峰電流產(chǎn)生較大影響。修飾劑用量在10 μL時(shí)峰電流最大，為此本實(shí)驗(yàn)選取10 μL Nafion+nano Ag+MWCNTs分散液來(lái)制備化學(xué)修飾電極。圖3-4考察在-0.6 V ～ -0.05 V 之間富集電位對(duì)峰電流的影響。實(shí)驗(yàn)表明，在上述電位范圍內(nèi)富集電位對(duì)峰電流影響不大，本文以-0.15 V 作為富集起始電位。圖3-5顯示，當(dāng)富集時(shí)間為30 s 時(shí)電流達(dá)到飽和吸附。為此將30 s 作為測(cè)定前的富集時(shí)間。

圖3-3 修飾劑用量對(duì)氧化峰電流的影響 圖3-4 富集電位對(duì)峰電流的影響 圖3-5 富集時(shí)間對(duì)氧化峰電流的影響

3、電極重現(xiàn)性和校準(zhǔn)曲線

同一支電極每次測(cè)量完畢后，電極在緩沖液里循環(huán)掃描4圈使電極表面更新，重復(fù)測(cè)量6次得到電極的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.8%。如圖3-6所示，實(shí)驗(yàn)表明峰電流與SCN_濃度在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，得到SCN_的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，在3.0×10 -6 ～ 6.0×10 -4 mol/L 范圍內(nèi)， ipa （μA） =-3.42167-0.05062 c （10-6 mol/L），R=0.99739； 在6.0×10 -4～ 5.0×10 -3 mol/L 范圍內(nèi)， ipa （μA） =-16.00845-0.30468 c （10-5 mol/L），R=0.9974，檢測(cè)限為8.0×10-7 mol/L。

圖3-6 氧化峰電流與SCN_濃度的關(guān)系

4、干擾實(shí)驗(yàn)

此體系中考察了常見的近十余種共存離子對(duì)測(cè)定SCN_的影響。固定SCN_的濃度為6.0×10-5 mol/L，控制相對(duì)誤差為±5%，2000倍的SO42-，3000倍的Na+，NO3-，100倍的Mg2+，Zn2+，Ca2+，2倍的I_，Br-，Cl-離子對(duì)SCN_的測(cè)定不產(chǎn)生影響。

（二） SCN-在納米銀-羧基化多壁碳納米管化學(xué)修飾電極上的電化學(xué)行為

1、 SCN_在不同電極上的循環(huán)伏安圖

裸玻碳電極、Nafion與 MWCNTs 修飾玻碳電極于底液（圖3-7（1）a、b）及待測(cè)液中（圖3-7（2）A、B）均不出峰；Nafion與nano Ag修飾玻碳電極于底液中出現(xiàn)了一對(duì)氧化還原峰（圖3-7（1）c），Nafion與nano Ag+MWCNTs 修飾玻碳電極于底液中也出現(xiàn)了一對(duì)氧化還原峰（圖3-7（1）d），氧化峰電位分別為0.493 V和0.435 V，后者比文獻(xiàn)[1]0.630 V，負(fù)移195 mv，這說(shuō)明復(fù)合上MWCNTs后，納米銀的電活性增加，其還原性增強(qiáng)；在含有相同濃度的SCN_溶液中，Nafion與nano Ag+MWCNTs 修飾玻碳電極上的氧化峰（圖3-7（2）D）電位和Nafion與nano Ag修飾玻碳電極上的氧化峰（圖3-7（2）C）電位都明顯負(fù)移，但前者峰電流更大、更加明顯?？梢奡CN_在裸玻碳電極、Nafion與MWCNTs修飾玻碳電極無(wú)電催化反應(yīng)，在Nafion與nano Ag+MWCNTs 修飾玻碳電極上則出現(xiàn)明顯的氧化峰（圖3-7（2）D），氧化峰電位為0.09 V，這說(shuō)明nano Ag+MWCNTs 修飾電極可用于對(duì)SCN_的測(cè)定。

2、 電化學(xué)交流阻抗譜表征修飾電極表面

選擇循環(huán)伏安法分別用裸GCE（a）、GCE/Nafion （b）和GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs （c）測(cè)定10 mmol/L [Fe（CN）6]3-/4-溶液中[Fe（CN）6]3-/4-的氧化還原峰電位，以[Fe（CN）6]3-/4-的式量電位0.18 V 為起始電位，以0.01～10 kHz 為測(cè)試頻率范圍，在10 mmol/L [Fe（CN）6]3-/4-中測(cè)試裸GCE（a）、GCE/Nafion （b）和GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs （c）的電化學(xué)交流阻抗。圖3-8是裸GCE（a）、GCE/Nafion （b）和GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs （c）在10 mmol/L [Fe（CN）6]3-/4-中的循環(huán)伏安圖，由圖可知， GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs測(cè)得峰形好且峰電流最大；而GCE/Nafion 測(cè)得的峰很平坦，不明顯。圖3-9是裸GCE（a）、GCE/Nafion（b）和GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs（c）在10 mmol/L [Fe（CN）6]3-/4-中的EIS圖，它們的 Nyquist 曲線在高頻區(qū)均出現(xiàn)1個(gè)半圓弧。譜圖低頻區(qū)具有近似Wargburg響應(yīng)線（右側(cè)斜線）的情況.。坐標(biāo)原點(diǎn)到圓弧左端點(diǎn)的距離表示溶液電阻RΩ，圓弧半徑大小表示電荷移動(dòng)電阻Rct，由圖可看出裸GCE的電荷移動(dòng)電阻（Rct=1480Ω）明顯小于GCE/Nafion （10 μL 0.1%Nafion）的電荷移動(dòng)電阻（Rct=9000Ω），當(dāng)在Nafion修飾劑加入nano Ag+MWCNTs后，GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs 的電荷移動(dòng)電阻（Rct=800Ω）又急劇下降。由此可知，不同電極傳遞電荷的難易程度（由易到難）為：GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs

圖3-8 Fe（CN）63-/4-在不同電極上的循環(huán)伏安曲線圖 圖3-9 Fe（CN）63-/4-在不同電極上的交流阻抗圖

3、 計(jì)時(shí)電量法測(cè)定修飾電極表面吸附量

由圖3-10可見，隨著掃描次數(shù)的增加，峰電流逐漸下降，最后達(dá)到穩(wěn)定值，說(shuō)明SCN_在電極上具有吸附性。這與前面的富集時(shí)間的影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。

圖3-10 SCN-在GCE/Nafion-Ag+MWCNTs 修飾電極上的連續(xù)循環(huán)伏安圖

Anson及同事提出了電勢(shì)階躍實(shí)驗(yàn)的另一分析模式―計(jì)時(shí)電量法[1]，它記錄了電流的積分，即電量對(duì)時(shí)間的關(guān)系Q（t）。近年來(lái)計(jì)時(shí)電量法可用來(lái)測(cè)定電子反應(yīng)數(shù)n，電極的實(shí)際面積A及擴(kuò)散系數(shù)D0，在研究電活性物質(zhì)的吸附作用時(shí)也特別有用。根據(jù)Cottrell方程式表示：i（t）=。對(duì)極限電流積分可得Qd=。實(shí)際的電量Q還有來(lái)自雙層充電和氧化吸附的某種還原態(tài)的電量，因此Q=+Qdl+nFAΓ（t τ）= Qdl+[τ1/2+（t -τ）1/2-t1/2]，Qr=Q（τ）-Qd（t >τ）式中：Qdl為對(duì)雙電層充電的電量，c0為SCN_的濃度，D0為擴(kuò)散系數(shù)，nFAΓ為表面法拉第電量。因此，通過(guò)Q（t τ）對(duì)θ（θ=[τ1/2+（t -τ）1/2-t1/2]）作圖，所得兩條直線截距之差就是nFAΓ。圖3.11 A和B分別為雙電勢(shì)階躍實(shí)驗(yàn)的計(jì)時(shí)電量響應(yīng)曲線和計(jì)時(shí)電量線性關(guān)系圖，圖中截距之差nFAΓ為3.635 μC，而A=7.065×10-2 cm2由此可求出表面吸附量Γ為2.67×10-10 mol.cm-2。

圖3.11 雙電勢(shì)階躍實(shí)驗(yàn)的計(jì)時(shí)電量響應(yīng)（A）及計(jì)時(shí)電量線性關(guān)系圖（B）

4、 掃描速率對(duì)峰電流和峰電位的影響

如圖3-13 所示， 用線性電勢(shì)掃描伏安法考察了掃描速率υ對(duì)SCN-峰電流ipa 的影響，峰電流ipa 隨著掃描速度υ的增大而緩慢增大， 最后趨于平緩。而圖3-12所示，隨著掃描速率 υ 的增加，氧化峰電位 Epa 逐漸正移，本文循環(huán)伏安法采用100 mV/s 的掃速。

圖3-12 掃描速率對(duì)峰電位的影響 圖3-13 掃描速率對(duì)峰電流的影響

掃速?gòu)睦锏酵庖来螢椋?0， 40， 70， 100， 150， 200， 250， 300， 350， 400， 500， 600， 700，800 mV/s

（三）電極反應(yīng)機(jī)理推斷

圖3-14為修飾電極在不同SCN_濃度中的循環(huán)伏安圖，由圖可知，在空白底液中出現(xiàn)了一對(duì)可逆性較好的氧化還原峰，這對(duì)氧化還原峰是修飾電極表面：AgAg+之間的轉(zhuǎn)化；在SCN_存在下，氧化峰電位和還原峰電位明顯負(fù)移，且隨著SCN_濃度的增大，氧化峰電流先減小后增大，還原峰電流逐漸減少，這是因?yàn)樾揎楇姌O表面的納米Ag被氧化成的Ag+離子與溶液中的SCN_結(jié)合生成[Ag（SCN_）]n1-n，且隨著SCN_濃度的增大，其與Ag+結(jié)合的程度增大，促使Ag==Ag+反應(yīng)向右邊移動(dòng)，導(dǎo)致氧化峰電流先減小后增大，而Ag+濃度的減少導(dǎo)致了還原峰電位的降低。因此，我們認(rèn)為電極反應(yīng)機(jī)理如下 AgAg+

Ag++ nSCN[Ag（SCN_）]n1-n

具體n值進(jìn)一步研究。

圖3-14 GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs在0.1 mol/L PBS （pH 8.0）中的循環(huán)伏安圖（a）空白底液；（b）2.0×10-3 mol/L SCN-；（c）3.0×10-3 mol/L SCN-；（d）5.0×10-3 mol/L SCN-；（e）9.0×10-3 mol/L mol/L SCN-；

（四）樣品的測(cè)定

1、修飾電極在定量分析中的應(yīng)用

移取已配制好的0.1 mol/L SCN_儲(chǔ)備液1 mL于100 mL容量瓶中，稀釋至刻度，得0.001 mol/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液，待測(cè)。測(cè)定時(shí)，分別吸取0.001 mol/L 300 μL和0.1 mol/L 40 μL標(biāo)準(zhǔn)溶液用0.1 mol/L PBS （pH 8.0）緩沖溶液稀釋至5 mL 得到標(biāo)準(zhǔn)溶液A（60.00 mol/L）和標(biāo)準(zhǔn)溶液B（800.0mol/L），用標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定并做回收實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)換算，標(biāo)準(zhǔn)溶液A和B中SCN_的測(cè)定結(jié)果表明，每個(gè)樣品測(cè)定5次 RSD

2、樣品分析

將適量硫氰酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液與自來(lái)水、河水和廢水混合后，用所建立的方法進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明回收率在99.02%～106.0%之間。即本實(shí)驗(yàn)所研制的GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs 修飾電極可應(yīng)用于實(shí)際樣品中對(duì)SCN_的測(cè)定。

表 3 樣品中硫氰酸鹽的測(cè)定結(jié)果（n=3）

三、結(jié)論

在pH 為8.0的0.1 mol/L 的 PBS 溶液中，以Nafion 分散的 nano Ag+MWCNTs 修飾玻碳電極（GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs）的氧化峰電位明顯負(fù)移，說(shuō)明復(fù)合上已羧基化多壁碳納米管后，納米銀的電活性明顯增加，其還原性增強(qiáng)，可用該修飾電極對(duì)SCN_進(jìn)行測(cè)定，SCN_在GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs上的電極過(guò)程為一具有吸附性的過(guò)程，當(dāng)富集時(shí)間為30 s，用微分脈沖伏安法測(cè)得峰電流ipa 與SCN-濃度c的關(guān)系為：在3.0×10 -6 ～ 6.0×10 -4 mol/L 范圍內(nèi)， ipa （μA） =-3.42167-0.05062 c （10-6 mol/L），相關(guān)系數(shù)為 0.99739； 在6.0×10 -4～ 5.0×10 -3 mol/L 范圍內(nèi)， ipa （μA） =-16.00845-0.30468 c （10-5 mol/L），相關(guān)系數(shù)為0.9974，檢測(cè)限為8.0×10-7 mol/L。對(duì)SCN_進(jìn)行了測(cè)定，回收率在97.8% ～ 106.0%之間，結(jié)果滿意。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高迎春.銀納米修飾電極的制備及其應(yīng)用.安微師范大學(xué)碩士學(xué)位論文.2004，4：1-35.

[2] 孔繼川，樊 靜，馮素玲. 熒光動(dòng)力學(xué)法測(cè)定唾液中痕量硫氰根. 分析測(cè)試學(xué)報(bào).2006，25（1）：109-111.

[3] 郭東華，劉賢文，王春生，范智慧.異煙酸-吡唑啉酮分光光度法測(cè)定硫氰酸根用于油水井間示蹤.油田大學(xué).2007，24（12）：304-306.

[4] 李欣.3，5一二澳一PADAP分光光度法測(cè)定微量SCN-離子的研究. 化學(xué)分析計(jì)量.2000，9（2）：33-34.

[5] 柴雅琴，孫志勇，袁 若 ，甘賢雪，許文菊，徐 嵐.苯甲醛縮氨基脲銅（Ⅱ）配合物為載體的高選擇性硫氰酸根離子電極的研究. 化學(xué)學(xué)報(bào).2003，61（9）：1511-1515.

[6] 廖家耀，袁 若，柴雅琴，葉光榮，陳時(shí)洪. 2′（2呋喃亞甲基）水楊酰腙Schiff堿銅（Ⅱ）配合物為中性載體的高選擇性硫氰酸根離子選擇電極的研究.西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）. 2006，31（4）：106-109.

篇2

能上《新聞聯(lián)播》的，肯定是國(guó)內(nèi)外大事！看來(lái)這位李教授的研究很了不起，可到底“了不起”在什么地方呢？碳納米管又是神馬東東？哈哈，兒童相見不相識(shí)，千萬(wàn)別說(shuō)你不認(rèn)識(shí)它，它經(jīng)常會(huì)在你的化學(xué)考卷里露一臉。

一個(gè)球和一個(gè)管的故事

碳納米管，顧名思義，由碳原子組成，它的大小是納米――也就是10-9米數(shù)量級(jí)，形狀呈管狀。區(qū)區(qū)四個(gè)字的名字，涵蓋了三個(gè)性質(zhì)，這的確是一個(gè)好名字。不過(guò)，你知道嗎？碳納米管還有一個(gè)名字叫巴基管，這個(gè)名字聽上去可就土多了，它來(lái)源于一個(gè)人的名字，這個(gè)人叫做巴基?富勒。

巴基?富勒是一個(gè)建筑師，以設(shè)計(jì)未來(lái)時(shí)代的城市著稱。他的代表作艾波卡特坐落于美國(guó)佛羅里達(dá)州的迪斯尼世界度假區(qū)，是這個(gè)度假區(qū)內(nèi)除迪斯尼外的第二座主題樂園――未來(lái)城市主題樂園。艾波卡特在1982年10月正式開幕，建筑的整體由一個(gè)巨大的網(wǎng)格球頂型包裹，周圍也都是同樣未來(lái)派風(fēng)格的建筑。

在艾波卡特落成后的第3年，1985年，英國(guó)化學(xué)家哈羅德?克羅托和美國(guó)化學(xué)家理查德?斯莫利制備出了一種很特別的物質(zhì)。這種物質(zhì)的分子由60個(gè)碳原子組成，這60個(gè)碳原子組成一個(gè)足球的形狀。看上去和艾波卡特如此之像，再加上克羅托和斯莫利又是巴基?富勒的超級(jí)粉絲，于是這種新的物質(zhì)被命名為富勒烯。在我國(guó)，也有人稱這種物質(zhì)為巴基球或足球烯。

我們知道，碳是地球上最重要的元素之一。所有的生物，包括我們?nèi)祟惖纳眢w里，都充滿了碳元素?；瘜W(xué)家們?yōu)榱搜芯刻己吞嫉幕衔?，專門開辟了有機(jī)化學(xué)這一重要的化學(xué)領(lǐng)域?；瘜W(xué)家們很早就知道，純凈的碳有兩種不同的形態(tài)――金剛石和石墨，所謂金剛石，就是女士們手上戴著的閃閃發(fā)光的鉆石；而石墨，是一種黑黑的粉末，是鉛筆芯的主要材料。

看上去如此不同的兩樣?xùn)|西，居然都是由碳組成的，可見碳的神奇！然而事情還沒有完，克羅托和斯莫利的工作帶給我們一種全新的認(rèn)知，碳原子居然還能排列成這個(gè)樣子！

富勒烯的發(fā)現(xiàn)開闊了人們的視野，科學(xué)家們開始尋找碳的其他組合方式。功夫不負(fù)有心人，1991年，日本物理學(xué)家飯島澄男發(fā)現(xiàn)了管狀的富勒烯。既然球狀的叫巴基球，干脆管狀的就叫巴基管吧。這就是我們前面講到的碳納米管。在碳納米管中，每一個(gè)碳原子都和其他碳原子一起組成六邊形，所有的六邊形連接在一起，形成一個(gè)管狀結(jié)構(gòu)。

制造碳納米管的最大難題

碳納米管是一種“超級(jí)材料”，它的強(qiáng)度是鋼材的300倍，而密度僅僅是鋼材的1/6，而且它還擁有良好的柔韌性，可以隨意拉伸，被譽(yù)為“全能纖維”。碳納米管有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，也許在不久的將來(lái)，它可以取代硅成為計(jì)算機(jī)芯片的主要材料。

雖然全能，可目前的碳納米管還只能在實(shí)驗(yàn)室中拳打腳踢施展武藝。之所以會(huì)這樣，是因?yàn)橄胍圃煲粋€(gè)碳納米管實(shí)在太困難了！前面那張圖里的碳納米管是一種完美的形狀，每個(gè)碳原子都和其他的碳原子組成六邊形?？墒窃趯?shí)際制造碳納米管的過(guò)程中，可沒有那么完美了，五邊形、六邊形、七邊形……一個(gè)個(gè)長(zhǎng)得都歪瓜裂棗。這些碳原子會(huì)隨機(jī)組成各種不同的組合，這些不確定的組合會(huì)嚴(yán)重影響碳納米管的性質(zhì)！人們不知道如何來(lái)控制碳納米管的結(jié)構(gòu)，從而得到性能穩(wěn)定的成品。這個(gè)問題一直困擾了人們20多年。

李彥教授和她的課題組找到了一種很好的方法，可以控制碳納米管的結(jié)構(gòu)，從而生產(chǎn)出完美的全部六邊形的碳納米管。這一發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑為碳納米管的深度開發(fā)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

“全能纖維”也有不少缺點(diǎn)

作為一種超級(jí)材料，碳納米管的應(yīng)用，無(wú)疑能給我們的生活帶來(lái)很多的便利。不過(guò)它也有很多不好的地方。

篇3

關(guān)鍵詞：碳納米管；催化劑；生長(zhǎng)速度；載體；基底材料

中圖分類號(hào)：O59文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1009-9166（2011）011(C)-0160-01

引言：1991年日本NEC公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室的電子顯微鏡專家飯島在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗(yàn)石墨電弧設(shè)備中產(chǎn)生的球狀碳分子時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)了由管狀的同軸納米管組成的碳分子，這就是現(xiàn)在被稱作的“Carbon nanotubes”，即碳納米管。經(jīng)過(guò)十幾年的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了碳納米管越來(lái)越多的獨(dú)特的性質(zhì)。

一、催化劑在不同溫度下對(duì)碳納米管生長(zhǎng)的影響

溫度對(duì)碳納米管生長(zhǎng)影響很大：生長(zhǎng)溫度越高，碳管石墨化程度越好，碳管產(chǎn)量比在低溫下高。但過(guò)高的溫度容易生成五元環(huán)的碳結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致有缺陷、形狀各異的碳管。溫度高達(dá)3000―3700℃的電弧放電法制備的MWNTs的缺陷多，并與其他副產(chǎn)物如無(wú)定形碳、納米微粒等雜質(zhì)燒結(jié)于一體，不利于隨后的分離和提純；催化裂解法在低溫（500―700℃）下能制備質(zhì)量較好的碳管，可成為碳納米管工業(yè)化生產(chǎn)的重要方法。

二、催化劑顆粒的大小對(duì)碳納米管生長(zhǎng)的影響

CNT的生長(zhǎng)過(guò)程中，碳源在催化劑顆粒表面裂解形成碳核，碳核通過(guò)擴(kuò)散，在催化劑的后表面生長(zhǎng)出CNT，同時(shí)推著催化劑顆粒前移，直到催化劑顆粒完全被石墨層包覆，催化劑失活，CNT停止生長(zhǎng)。催化劑顆粒的尺寸決定著CNT的直徑，催化劑顆粒尺寸與CNT的直徑呈線性關(guān)系。制備單壁碳納米管的重要條件就是催化劑顆粒的尺寸要小。實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，催化劑顆粒尺寸還影響CNT的生長(zhǎng)速度，顆粒越小碳管生長(zhǎng)速度越快，生長(zhǎng)速度快時(shí)，合成的碳納米管表面干凈，排列一致，在范德瓦耳斯力的作用下集聚成束。

三、催化劑載體對(duì)碳納米管生長(zhǎng)的影響

呂德義等在載體對(duì)CVD法制備碳納米管的影響實(shí)驗(yàn)中，在催化劑Co/Al2O3和Co/SiO2上制備碳納米管中。每100g催化劑生成的碳納米管粗產(chǎn)品的量定義為產(chǎn)率。在反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，在催化劑Co／Al2O3上，產(chǎn)率隨反應(yīng)溫度的變化是先隨溫度升高而增加，650℃是最佳反應(yīng)溫度，其產(chǎn)率為457g／100g•cat。當(dāng)溫度大于650℃時(shí)，產(chǎn)率隨反應(yīng)溫度升高而下降。在催化劑Co／SiO2上，當(dāng)反應(yīng)溫度低于800℃時(shí)，產(chǎn)率基本不隨反應(yīng)溫度變化，僅當(dāng)溫度大于8O0℃以后，產(chǎn)率才略有增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在CVD法制備碳納米管中，載體對(duì)碳納米管的產(chǎn)率有明顯的影響。

四、催化劑的不同配比對(duì)碳納米管生長(zhǎng)的影響

朱燕娟在催化劑的配比對(duì)碳納米管生長(zhǎng)的影響實(shí)驗(yàn)中用兩種方法制備了B、C系列催化劑。B系列：將納米Co粉（平均粒徑28nm）與石墨粉固相攪拌混合形成混合型催化劑系列，據(jù)Co粉所占比例不同分別為B1（納米Co/石墨比例為1:9）B2（納米Co/石墨比例為1.5:8.5）B3（納米Co/石墨比例為3:7）。C系列：按具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的方法制得SiO2負(fù)載NiO復(fù)合粉體形成粉狀負(fù)載型催化劑系列，據(jù)配比原料正硅酸乙酯與硝酸鎳的物質(zhì)的量比不同分為C1（n（Si）:n（Ni）為1:8）C2（n（Si）:n（Ni）為1:12）C3（n（Si）:n（Ni）為1:14）。

實(shí)驗(yàn)表明納米Co粉占15%的催化劑B2上生長(zhǎng)的碳納米管粗產(chǎn)物只有少量管徑不一的碳納米管生成，其余大部分是塊狀團(tuán)聚物。

五、基底材料對(duì)碳納米管生長(zhǎng)的影響

王志等在以Fe3O4納米粒子為催化劑，分別在多空硅、Si（111）和石英片基底上制備了碳納米管。實(shí)驗(yàn)中在Si（111）表面上生長(zhǎng)碳納米管顯示了雜亂生長(zhǎng)的碳納米管，生長(zhǎng)較為稀疏，在碳納米管的頂端可以看到白色的催化劑顆粒，直徑l0―100nm，樣品的EDX分析表明存在Fe元素。實(shí)驗(yàn)中在粗糙石英片上生成了大面積無(wú)序密集的碳納米管，直徑20―100nm，樣品表面的EDX未發(fā)現(xiàn)Fe元素的存在。對(duì)比在多孔硅上制備的陣列碳納米管，可以認(rèn)為：基底對(duì)碳納米管的密度和取向性有著重要影響，只有在多孔硅基底上應(yīng)用Fe304納米粒子實(shí)現(xiàn)了碳納米管的定向生長(zhǎng)，而其他兩種基底生長(zhǎng)取向混亂，直徑不均勻，質(zhì)量較差。

結(jié)語(yǔ)：在碳納米管的制備過(guò)程中，催化劑是碳納米管合成的關(guān)鍵因素。催化劑的選取、催化劑在不同溫度下、催化劑顆粒的大小，催化劑載體，催化劑的不同配比，基底材料等都對(duì)碳納米管的生長(zhǎng)速度、排列密度、管徑的大小、產(chǎn)率等有很大的影響。

作者單位：信陽(yáng)師范學(xué)院.物理電子工程學(xué)院

參考文獻(xiàn)：

[1]Iijima S.Helical microtubules of graphitic carbon[J].Nature.1991.354(6348):56―58.

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關(guān)鍵詞：吸附；碳納米管；凈水材料

中圖分類號(hào)：TQ08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

目前常用的飲用水的深度處理材料是粉末活性炭（PAC），但PAC凈水存在微生物泄漏使水二次污染的問題。近年來(lái)，納米水處理技術(shù)在國(guó)內(nèi)外取得了一定的效果。納米材料，如碳納米管（CNTs），具有特殊的水處理能力并且能夠有效地去除化學(xué)污染物和生物污染物。CNTs作為吸附劑，能夠去除重金屬離子，有機(jī)物如多環(huán)芳香烴，細(xì)菌及藍(lán)藻毒素等污染物。本文對(duì)CNTs作為凈水材料的的特性及應(yīng)用前景進(jìn)行分析。

1 CNTs的材料特性

CNTs是一種新型納米材料，是由石墨原子單層繞同軸纏繞而成或由單層石墨圓筒沿同軸層層套構(gòu)而成的管狀物，其直徑一般在一到幾十個(gè)納米之間，長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其直徑。幾十個(gè)到幾百個(gè)獨(dú)立的納米管在范德華引力的作用下粘結(jié)在一起形成聚合孔，這些聚合孔能提供非常大的比表面積，可以吸附細(xì)菌和病毒等污染物。CNTs的吸附可發(fā)生在四個(gè)區(qū)域，這四個(gè)區(qū)域分別是：CNTs相通的中空結(jié)構(gòu)，管與管之間的空隙，納米管束的邊界或納米管的外表面。原始CNTs具有自然的內(nèi)在細(xì)胞毒素，可以防止病原體在它的表面生長(zhǎng)并且有可能增強(qiáng)CNTs吸附過(guò)濾器的自凈能力，而PAC過(guò)濾器表面生長(zhǎng)病原微生物并且形成微生物的膜，會(huì)導(dǎo)致微生物在水中泄漏污染水源。經(jīng)過(guò)單壁和多壁的CNTs處理后細(xì)菌的生理受到損害，這表明病原體不會(huì)在碳納米管過(guò)濾器積累，并且這些溶解性的細(xì)胞經(jīng)過(guò)反沖洗可以去除。也就是說(shuō)，細(xì)胞毒素對(duì)提高微生物的去除效率有間接作用，因?yàn)镃NTs能夠同時(shí)吸附和滅活病原體而其它以碳為基礎(chǔ)的過(guò)濾器只能夠吸附病原體。因此從CNTS的材料特性上來(lái)說(shuō)，它是一種水處理的良好材料。

2 碳納米管凈水材料的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用成本

在實(shí)驗(yàn)室中利用化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器生產(chǎn)CNTs技術(shù)已經(jīng)很成熟了，相同的方法在工業(yè)上也得到了應(yīng)用。Agboola等人利用化學(xué)氣象沉積-活塞式流動(dòng)反應(yīng)器或化學(xué)氣象沉積-流化床反應(yīng)器方法制造具有595kg/h生產(chǎn)率的CNTs，平均成本為每千克25美元到28美元。Qiang 等人不斷嘗試應(yīng)用低成本的碳?xì)浠衔锓纸馍a(chǎn)炭納米管，更便宜的碳材料如液化石油氣，試圖利用它代替純炭（如一氧化碳、甲烷、乙烯等）進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)并且獲得的純度高達(dá)97%。CNTs大規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)接近商業(yè)化，并且CNTs技術(shù)已經(jīng)在小型飲用水系統(tǒng)得到了應(yīng)用。因此從成本上來(lái)講，如將CNTs吸附用于小型水廠或家庭用戶分散用水系統(tǒng)，成本也許不是主要考慮因素。

2.2 操作的可行性與穩(wěn)定性

使用CNTs的優(yōu)勢(shì)就是具有大通過(guò)率和合適的低壓力。Mostafavi等人和 Brady-Estevez等人的研究表明在壓力小于11Pa時(shí)能夠徹底去除水系統(tǒng)中的病毒和細(xì)菌顆粒，CNTs的能量消耗成本相比于碳納米管膜系統(tǒng)低些。另一方面，CNTs膜系統(tǒng)具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，CNTs膜系統(tǒng)能夠承受一個(gè)大氣壓的壓力差。因些CNTs設(shè)備具有良好的可操作性和穩(wěn)定性。

2.3 分離能力

Brady-Estevez等人的研究表明通過(guò)CNTs膜的透水性比傳統(tǒng)的聚酯酸鈉膜高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。水能通過(guò)CNTs內(nèi)部狹窄的通道而其它像微生物這樣較大的污染物就無(wú)法通過(guò)。CNTs對(duì)水中的細(xì)菌和病毒的去除很有效。Mostafavi 等人研究了CNTs基于納米過(guò)濾器床可以去除水中的病毒。CNTs過(guò)濾器通過(guò)噴霧熱解技術(shù)處理水中的病毒，在壓力為8～10Pa時(shí)對(duì)病毒顆粒的最好去除濃度為107-108 PFU/mL。當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到11Pa時(shí)通過(guò)CNTs過(guò)濾器的水的速度增加，但是大量的病毒顆粒的速度傳遞使過(guò)濾器上剩余的病毒顆粒濃度很低，以致它們的滲透率很低。CNTs過(guò)濾器去除病毒顆粒主要依賴于單壁碳納米管涂層的厚度，這就是深度過(guò)濾的過(guò)程，即所有顆粒都被CNTs過(guò)濾器的上層去除。較小的病毒顆粒通過(guò)對(duì)流擴(kuò)散的方式進(jìn)入過(guò)濾器中并且即使低壓下高通量率也能獲得。因此CNTs 過(guò)濾器具有良好的分離性能。

2.4 可復(fù)用性

重復(fù)使用CNTs過(guò)濾器是處理廠從經(jīng)濟(jì)角度考慮的關(guān)鍵因素。Brady-Estevez等人的研究證明了CNTs可重復(fù)利用。像醋酸纖維過(guò)濾器這樣的幾種聚合過(guò)濾器具有不可逆轉(zhuǎn)表面性質(zhì)的變化，所以對(duì)細(xì)菌有強(qiáng)烈的吸附能力。另一方面，CNTs過(guò)慮器具有優(yōu)異的力學(xué)性能阻止此種過(guò)程。此外，CNTs過(guò)濾器可以應(yīng)用簡(jiǎn)單的熱再生技術(shù)，而聚合物膜卻不能。另外Su的研究表明，CNTs過(guò)濾器對(duì)生物污染物重復(fù)處理后的重量比活性炭過(guò)濾器重量的減少程度小，這表明CNTs過(guò)濾器比活性炭過(guò)慮器的應(yīng)用成本小。此外，CNTs自然的細(xì)胞毒素使其表面沒有病原菌的積聚，不像活性炭過(guò)濾器，它更容易的到再生。因此CNTs的可重復(fù)利用性高。

結(jié)語(yǔ)

CNTs已經(jīng)被證明對(duì)水系統(tǒng)中多種污染物有很強(qiáng)的去除能力，CNTs過(guò)濾器可以用于飲用水系統(tǒng)的終端處理。CNTs具有良好的操作可生性與穩(wěn)定性，另外分離能力強(qiáng)，可重得利用率高?；贑NTs材料的良好性能，在小型水處理系統(tǒng)CNTs有良好的應(yīng)用前景，由于處理效率高，可以不考慮成本。

參考文獻(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】碳納米管 分散 力學(xué)性能 參數(shù)變化

碳納米管雖然具有諸多優(yōu)異性能，并能顯著增強(qiáng)材料的各項(xiàng)性能，但本身作為高分子材料，分子量較小，管徑很小，比表面積大，表面能大，非常容易團(tuán)聚在一起，這樣則會(huì)產(chǎn)生反效果（如D1所示），尤其是對(duì)碳納米管的復(fù)合材料而言，這些團(tuán)聚起來(lái)的碳納米管管徑小以難分散開，同時(shí)材料中也會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中點(diǎn)，會(huì)削弱材料性能，因此在使用碳納米管增強(qiáng)材料的性能及應(yīng)用在其他方面都必須要將碳納米管完全分散以達(dá)到最佳的使用效果。

1 碳納米管分散

碳納米管的分散主要使用物理或者化學(xué)方法。團(tuán)聚體的分散方法主要包括機(jī)械攪拌、添加表面活性劑、超聲波處理等，所以對(duì)碳納米管的分散方法也主要由這些方法發(fā)展而來(lái)，物理方法主要有碾磨、球磨、超聲波等；化學(xué)方法主要有添加表面活性劑、強(qiáng)酸強(qiáng)堿洗滌等；還可采用原位合成法制備碳納米管復(fù)合材料。

1.1 強(qiáng)酸洗滌

碳納米管表面存在一些缺陷，而通過(guò)使用強(qiáng)酸強(qiáng)堿的強(qiáng)氧化性可將其溶斷，再將它們分散[1]。強(qiáng)酸洗滌可以把團(tuán)聚體表面的碳納米管溶斷分散，但無(wú)法進(jìn)入團(tuán)聚體內(nèi)部，因此溶液中也就會(huì)存在微小的碳納米管團(tuán)聚，需要額外的工序?qū)⑵淙コ?/p>

1.2 聚合物溶劑

于作龍[2]等公開了一種分散碳納米管的方法，即先把碳納米管加到具有一定粘度的聚合物溶體中，然后通過(guò)研磨裝置把碳納米管均勻分散在聚合物中，同時(shí)碳納米管也會(huì)在摩擦力和聚合物內(nèi)部的剪力等作用下被截?cái)?，最后去除聚合物即可。但使用這種方法無(wú)法解決團(tuán)聚問題，所以效果并不是很好。

1.3 超聲波分散

超聲波處理的作用可分為兩方面：一是由于多壁碳納米管的管壁上存在著小洞樣子的缺陷，運(yùn)用超聲波處理可以使得碳納米管從缺陷處被震斷縮短從而進(jìn)行分散。不過(guò)可以預(yù)見的是在震斷的同時(shí)也會(huì)將碳納米管團(tuán)聚物震的更加緊實(shí)，反而更加難以分散。二是在溶液中的產(chǎn)生了大量微小氣泡，通過(guò)這些氣泡“炸開”產(chǎn)生的具有較大能量的沖擊波使得周圍依靠范德華力結(jié)合在一起的碳納米管被震開，這樣也就達(dá)到了分散的目的。

1.4 原位生長(zhǎng)合成法

原位生長(zhǎng)合成法是通過(guò)碳納米管制備工藝，以化學(xué)氣相沉積法為主，在基體材料表面原位生長(zhǎng)出碳納米管，甚至是定向排列的碳納米管[3]。使用此方法可以在制備碳納米管的同時(shí)就分散，這樣就避免了碳納米管的團(tuán)聚。但是該方法工藝繁雜限制條件很多而且不容易控制，并且制備出的復(fù)合材料致密度較低，反而無(wú)法凸顯出碳納米管的優(yōu)越性能。

1.5 表面修飾法

目前常用的修飾法分共價(jià)修飾法與表面活性劑（SAA）非共價(jià)修飾法兩種。

共價(jià)化學(xué)修飾法就是把碳管表面氧化或引進(jìn)有機(jī)官能團(tuán)從而修飾碳納米管表面[4]，主要分為強(qiáng)氧化劑處理法、酯化修飾法、烷基化修飾法等。這種方法可使碳納米管表面或被縮短的碳納米管末端的打開，使其末端含有一定數(shù)量的活性基團(tuán)如羥基等。這樣不僅增加了碳納米管的親水性使其易溶于水等溶液中，而且為與其它物質(zhì)或基團(tuán)反應(yīng)提供了基礎(chǔ)，進(jìn)而可與親水基體材料產(chǎn)生較好復(fù)合均勻度和黏結(jié)界面強(qiáng)度。

而表面活性劑非共價(jià)修飾法在有效分散碳納米管的同時(shí)不會(huì)對(duì)碳納米管的性能產(chǎn)生負(fù)面影響[5]。表面活性劑分為離子型與非離子型兩種。不論哪種表面活性劑都會(huì)吸附包裹在碳納米管表面，而不會(huì)破壞碳納米管的結(jié)構(gòu)，離子型表面活性劑吸附在碳納米管表面，主要依靠親水基團(tuán)之間的靜電斥力阻止碳納米管之間的聚集，非離子型表面活性劑|碳納米管分散體系也是基于吸附機(jī)理，而其頭基和尾基雜亂、隨機(jī)地吸附在的管壁上保持體系穩(wěn)定。

1.6 應(yīng)用情況

目前，碳納米管的分散方法包括機(jī)械攪拌法、超聲處理法、電場(chǎng)誘導(dǎo)法、表面修飾法（共價(jià)修飾、非共價(jià)修飾）等，但單一方法都存在無(wú)法去除團(tuán)聚的缺陷，所以在實(shí)際運(yùn)用中多注重以上幾種方法的綜合使用。

2 力學(xué)性能

碳納米管基材料有多種應(yīng)用方式，主要應(yīng)用于塑料，電氣原件，以及金屬基中可以顯著提升它們自身的性能，為當(dāng)下要求越來(lái)越高的設(shè)備提供優(yōu)秀的原件以便使用。下面以水泥基為例，研究加入MWCNTs后它各項(xiàng)力學(xué)性能的變化。

2.1 抗壓強(qiáng)度

韓瑜在他2012-2013年中所做的試驗(yàn)中，在控制水灰比為0.35的情況下，隨著碳納米管用量的增加，比較了水泥抗壓強(qiáng)度的不同。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試了六組試件（N0-N5，其中N0為空白對(duì)照組），MWCNTs的用量分別為0.00、0.05、0.08、0.10、0.12、0.15（wt%），同時(shí)分散劑GA的用量也成比例增加，分別為0.00、0.30、0.48、0.60、0.72、0.90（%），TBP均為0.13%，在這樣的情況下，抗壓強(qiáng)度分別為77.4、82.9、83.1、84.5、80.8、73.0（MPa），N1-N5對(duì)比N0得抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)分別為7.1、7.4、9.2、4.4、-5.7（%）。

有上述數(shù)據(jù)可以看出，加入MWCNTs后水凈泥漿的抗壓強(qiáng)度得到顯著增強(qiáng)，在MWCNTs的用量為0.1wt%時(shí)，水泥的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高為84.5MPa，與空白試件相比提升了9.2%，然后隨著MWCNTs用量的增加，試件抗壓強(qiáng)度反而下降甚至低于空白試件，這種現(xiàn)象應(yīng)是碳納米管用量過(guò)多導(dǎo)致團(tuán)聚造成的。

2.2 抗折強(qiáng)度

在測(cè)試抗折強(qiáng)度時(shí)，仍然控制水灰比為0.35，測(cè)試了六組試件（N0-N5），MWCNTs、GA、TBP的用量與測(cè)試抗壓強(qiáng)度一致。在這情況下，測(cè)得其抗折強(qiáng)度分別為11.0、11.7、15.8、15.0、13.1、10.5（MPa），N1-N5與N0對(duì)比抗折強(qiáng)度的增幅分別為6.4、43.6、36.4、19.1、-4.5（%）。[6]

抗折強(qiáng)度變化趨勢(shì)和抗壓強(qiáng)度類似，不過(guò)提升更為明顯，當(dāng)MWCNTs用量為0.08wt%時(shí)，試件N2的抗折強(qiáng)度最高為15.8，與空白試件相比提升了43.6%。

3 參數(shù)變化的影響

除基本的力學(xué)性能外，摻量及時(shí)間等參數(shù)對(duì)于水泥基碳納米管的力學(xué)性能也有著較大的影響。

3.1 摻量變化

當(dāng)隨著MWCNTs加入后，試件的力學(xué)強(qiáng)度提升顯著。砂漿的抗壓強(qiáng)度隨著碳納米管的摻量增加而增強(qiáng)，當(dāng)摻量為0.1wt%時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到峰值89.4MPAa，較空白試件提升21.6%，之后隨著碳納米管的摻量增加而降低?？拐蹚?qiáng)度的變化情況與其類似，當(dāng)MWCNTs摻量為0.8wt%時(shí)，試件的抗折強(qiáng)度達(dá)到峰值，較空白試件提升38.5%，但隨后降低趨勢(shì)較抗壓強(qiáng)度更平緩。

3.2 時(shí)間變化

實(shí)驗(yàn)測(cè)試碳納米管摻量不同對(duì)于水泥砂漿的力學(xué)強(qiáng)度隨齡期變化的結(jié)果如圖2所示。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得抗折強(qiáng)度的大小隨齡期增長(zhǎng)而增大。當(dāng)齡期為7天時(shí)試件H3強(qiáng)度最大，其他試件且均高于空白試件。在7天到28天之間，試件H2和H3的增幅最快，不過(guò)在56天齡期時(shí)，抗折強(qiáng)度僅略高于28天時(shí)的測(cè)量值。其它試件普遍在28天到56天齡期時(shí)增長(zhǎng)較快。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試碳納米管摻量不同對(duì)于水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度隨齡期變化的結(jié)果如圖3所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，抗壓強(qiáng)度的大小也隨齡期增長(zhǎng)而增大。在齡期為7天時(shí)，試件H1、H2與空白試件相差不大。且在齡期到28天之前，除了試件H1、H2，其他均有較明顯的增長(zhǎng)。在齡期在28天到56天之間，除了H5、H6其他試件均沒有明顯增長(zhǎng)。

由上圖可知，隨著MWCNTs摻量的增加，水泥基材料的齡期在不斷減小，但H3為一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，當(dāng)用量大于H3的用量時(shí)，齡期反而增加。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，盡管碳納米管有著極其卓越的性能但由于它分子量小，容易在材料中形成團(tuán)聚導(dǎo)致應(yīng)力集中反而會(huì)降低材料性能，所以應(yīng)當(dāng)多種分散方法并用達(dá)到最佳的使用效果。同時(shí)在水泥基試驗(yàn)中可以看出，碳納米管的摻量應(yīng)當(dāng)適量，過(guò)少效果不易體現(xiàn)，過(guò)多則會(huì)團(tuán)聚降低材料性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]武璽旺，肖建中，夏風(fēng)，胡永剛，彭周. 碳納米管的分散方法與分散機(jī)理[J].材料導(dǎo)報(bào)，2011，09：16-19.

[2]于作龍，陳利，張伯蘭，等.一種截?cái)嗵技{米管的方法：中國(guó)，CN1696053[P].2004-05-14.

[3] Li M J， Wang X B， Tian R， et al. Preparation， solubility，and electrorheological properties of carbon nanotubes/poly（methyl methacrylate）nanocomposites by in situ functiona-lization[J].Compos： Part A，2009，40（4）：413.

[4]北明，楊德安.聚合物基復(fù)合材料制備中碳納米管的分散方法[J].材料導(dǎo)報(bào)，2007，21（VB）：99-101.

篇6

關(guān)鍵詞：碳納米管；增韌；氮化硅陶瓷；復(fù)合材料

碳納米管主要是由單層或者是多層圓柱石墨片而組成的，所以碳納米管分為單壁和多壁之分[1]。當(dāng)前，碳納米管增韌氮化硅陶瓷作為復(fù)合材料，需要人們加大對(duì)其的研究力度，進(jìn)而提升材料的抗熱震性能，并加強(qiáng)其材料的應(yīng)用，使得碳納米管氮化硅陶瓷復(fù)合材料的增韌性有明顯提升。

1實(shí)驗(yàn)

1.1原料

本次對(duì)碳納米管增韌氮化硅陶瓷復(fù)合材料進(jìn)行研究過(guò)程中，試驗(yàn)原料包含氮化硅（Si3N4）、氧化釔（Y2O3）、氧化鋁（Al2O3）、乙醇（C2H2）、石墨紙（C）、氮?dú)猓∟2）。SiN4是上海硅酸鹽研究所生產(chǎn)的，的含量超過(guò)85%，而且費(fèi)氏粒度達(dá)到1.2μm，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在碳納米管內(nèi)加入濃硝酸和濃硫酸混合液，配比為3：1。在碳納米管中加入添加劑MgO和CeO2，試樣原料的配比具體如表1所示。

1.2工藝流程

實(shí)驗(yàn)人員預(yù)先對(duì)碳納米管進(jìn)行處理，按照一定比例予以分配，在塑料筒內(nèi)將酒精和硬質(zhì)的合金球加以濕磨處理，磨好后的混合料在干燥的環(huán)境下過(guò)篩[2]。此外，稱取少量的粉末，將其放入石墨模具中，按照設(shè)定的燒結(jié)工藝其進(jìn)行燒結(jié)，最后，對(duì)燒結(jié)試樣的硬度、密度和韌性等指標(biāo)予以測(cè)量，并利用顯微鏡對(duì)試樣斷面的顯微結(jié)構(gòu)和晶相結(jié)構(gòu)予以分析[3]。在燒結(jié)過(guò)程中，利用熱壓燒結(jié)方式，以15℃/min的速度將溫度分別升至1600℃、1650℃、1700℃、1750℃，保溫1h，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，保證壓力為30Mpa，然后爐內(nèi)的溫度在自然狀態(tài)下與室內(nèi)溫度一致。

1.3測(cè)試

對(duì)試樣的測(cè)試方法具體如下：密度根據(jù)國(guó)標(biāo)GB2413-18，并結(jié)合阿基米德定律，測(cè)量干燥試樣的質(zhì)量m1，試樣吸水飽和質(zhì)量為m2，在水中的質(zhì)量為m3，然后代入公式求得試樣體積密度ρ0=m1ρ0/（m2-m3），其中，ρ0為室溫下液體水的密度，根據(jù)室溫查有關(guān)表查得ρ0值[4]。燒結(jié)試樣的理論密度計(jì)算公式為：1/d=n1/d1+n2/d2+n3/d3......+nm/dm），然后利用排水法測(cè)量密度，除以理論密度就能夠求得試樣的相對(duì)密度[5]。測(cè)量材料的斷裂韌性和硬度需要采用壓痕法，本次加載壓力為1kg，加載時(shí)間為40s，斷裂韌性的計(jì)算公式為KIC=0.016（E/HV）1/2P/b3/2。式中的Hv是硬度，GPa；E為彈性模量，MPa，P為載荷，N；B為裂紋半長(zhǎng)，單位是mm。通過(guò)用掃描電鏡對(duì)斷口形貌，在測(cè)試時(shí)，加速電壓為25kV，粉分辨率為6nm。

2結(jié)果與討論

2.1氮化硅陶瓷復(fù)合材料的力學(xué)性能

通過(guò)對(duì)碳納米管進(jìn)行試驗(yàn)研究表明，當(dāng)燒結(jié)溫度為1600℃、1650℃、1700℃時(shí)，試樣的硬度和密度隨著碳納米管的的加入而減少，碳納米管的加入不利于改善氮化硅陶瓷復(fù)合材料性能。燒結(jié)溫度為1750℃，在碳納米管中加入0.99%試樣，其斷裂韌性和硬度最佳，分別為7.47MPa°m1/2和16GPa，與未加入相比，提升了6%。如果碳納米管的加入量增加時(shí)，試樣的力學(xué)性能下降，氮化硅陶瓷的燒結(jié)溫度提升[6]。

2.2氮化硅陶瓷復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)氮化硅陶瓷復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯微觀察，晶粒發(fā)育比較良好，致密度也很高，而且有細(xì)長(zhǎng)柱狀的β-SiN3和等軸狀的α-SiN。

2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，碳納米管的作用主要為如下幾個(gè)方面，第一，能夠進(jìn)行氮化硅陶瓷材料的孔隙，復(fù)合材料的致密度低。第二，在燒結(jié)過(guò)程中，碳納米管能夠阻礙復(fù)合材料的融合，降低致密度。如果碳納米管的含量低，可以被氮化硅粉末分散，達(dá)到填充的效果，避免結(jié)團(tuán)；當(dāng)其含量增加時(shí)，致密度下降。如果碳納米管的加入量少于1%，氮化硅材料的纖維和致密度、硬度都增加；若加入量少于2%，致密度下降，并出現(xiàn)碳納米管粘連的現(xiàn)象，纖維長(zhǎng)徑比減小，隔斷了氮化硅的連續(xù)性。在本次實(shí)驗(yàn)中，碳納米管的最佳加入量為1%。試驗(yàn)的斷裂為沿晶斷裂，而且碳納米管分布不均勻，粘結(jié)較少，在斷口處能將碳納米管拔出。此外，碳納米管和氮化硅的熱膨脹匹配性較好[7]。

3結(jié)束語(yǔ)

在1700℃熱壓下進(jìn)行燒結(jié)，并配合MgO和CeO2復(fù)合燒助劑的使用，能夠降低燒結(jié)溫度，獲取高致密度的SiN4制品。燒結(jié)溫度為1600℃、1650℃、1700℃時(shí)，碳納米管增加，但氮化硅陶瓷的相對(duì)硬度和密度減少，如果碳納米管含量為0.99%，則氮化硅陶瓷復(fù)合材料的韌性提升6%，如果過(guò)度的增加，將起到相反效果。碳納米管增韌氮化硅復(fù)合材料主要靠纖維拔出機(jī)制，從而提升氮化硅陶瓷的韌性[8]。

參考文獻(xiàn)

[1]王偉禮.氮化硼納米管的制備及其對(duì)氧化鋁和氮化硅陶瓷的強(qiáng)韌化作用[D].山東大學(xué)，2012.

[2]張蕾.氮化硅及碳化硅陶瓷復(fù)合材料高溫壓縮變形行為的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

[3]余娟麗，李森，呂毅，等.冷凍注凝制備氮化硅陶瓷基耐高溫復(fù)合材料[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2015，43（6）：723-727.

[4]王賀云.碳復(fù)合氮化硅陶瓷材料的制備與性能研究[D].中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，2014.

[5]王燦，王艷莉，詹亮，等.碳納米管“種子”上生長(zhǎng)碳納米管和氮摻雜碳納米管[J].新型炭材料，2011，26（2）：81-84.

[6]李根，楊楊.采用兩種不同燒結(jié)方法制備的氮化硅基納米復(fù)合材料[J].耐火與石灰，2012，37（5）：53-56.

[7]張國(guó)富，楊楊.研磨時(shí)間對(duì)Si3N4納米復(fù)合材料燒結(jié)動(dòng)力學(xué)的影響[J].耐火與石灰，2011，36（6）：49-51.

篇7

關(guān)鍵詞 亞硝酸鹽；多壁碳納米管；聚丙烯酸；安培法

中圖分類號(hào)O64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2011）55-0096-02

0 引言

亞硝酸鹽主要指亞硝酸鈉，常用作食品添加劑，但亞硝酸鹽對(duì)人體有害，其有致癌及導(dǎo)致組織缺氧性損害的作用[1]，所以，亞硝酸鹽的檢測(cè)一直是食品、水質(zhì)和環(huán)境監(jiān)測(cè)中一個(gè)很重要的項(xiàng)目。

目前，檢測(cè)亞硝酸鹽的方法主要有紫外-可見光譜法、紅外光譜法高效液相色譜法以及電分析方法[2，3]等，其中電化學(xué)方法由于其方便，快速，成本低，靈敏度高而被廣泛研究。

本文用PAA分散多壁碳納米管，滴涂到玻碳電極上制備了聚丙烯酸、多壁碳納米管修飾玻碳電極（MWCNTs / PAA /GCE），優(yōu)化了亞硝酸鹽在MWCNTs / PAA /GCE的電化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件，將該體系用于實(shí)際樣品中亞硝酸鹽的檢測(cè)，并與光度法測(cè)定結(jié)果對(duì)比，結(jié)果令人滿意。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和主要試劑

CHI660c電化學(xué)工作站(上海辰華儀器有限公司)。電化學(xué)測(cè)量采用三電極系統(tǒng)，工作電極為壁碳納米管/聚丙烯酸電極修飾的玻碳電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑絲為輔助電極。pHS-3C型數(shù)字酸度計(jì)(上海雷磁儀器廠)；85-2恒溫磁力攪拌器(常州國(guó)華電器有線公司)；超聲波洗滌槽(上海超聲波儀器廠)；掃描電子顯微鏡（SEM）（QUANTA-200，F(xiàn)EI.Co，Holond）。

多壁碳納米管（MWNTs）(成都時(shí)代納米有限責(zé)任公司)；聚丙烯酸（PAA）（百靈威公司）；亞硝酸鈉溶液（購(gòu)于天津市科密歐化學(xué)試劑公司產(chǎn)品）直接溶于水配制成0.1mol/L的儲(chǔ)備液，使用時(shí)用二次蒸餾水稀釋至所需濃度；實(shí)驗(yàn)中所用的支持電解質(zhì)均為0.1mol/L 磷酸緩沖液（PBS）。試劑均為分析純，所有溶液采用二次蒸餾水配制。

1.2 聚丙烯酸修飾多壁碳納米管的制備

水溶性MWNTs的制備與文獻(xiàn)[7]基本一致。取10μLPAA/ MWNTs分散液滴涂到預(yù)處理好的玻碳電極表面，在紅外燈下烘干，即可制得MWCNTs-PAA/GCE。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

以MWCNTs-PAA/GCE為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑絲為輔助電極，在5mL的小燒杯中，加入一定量的亞硝酸鈉儲(chǔ)備液，用0.1mol/L的PBS緩沖液稀釋，開路富集65s后，在電位0V~1.0V區(qū)間內(nèi)，以掃描速度ν=80mV/s進(jìn)行DPV、CV、LSV等測(cè)定。每次測(cè)定完后，將電極置于0.1mol/l的PBS（pH=5.6）溶液中， 在電位-1.0V~1.0V區(qū)間內(nèi)以80 mV/s的掃速循環(huán)伏安掃描10圈，即可活化再生電極。

1.4 樣品處理

實(shí)際樣品的處理按照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)―食品中亞硝酸鹽和硝酸鹽的測(cè)定方法[8]進(jìn)行。稱取5g雙匯牌香腸（產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T20712）絞碎均勻，加入12.5mL硼砂飽和溶液攪拌均勻，用150mL、70℃的水將試樣全部洗入250mL容量瓶中，置于沸水中加熱15min，輕輕搖動(dòng)下加2.5mL硫酸鋅溶液，冷卻至室溫后，加水至刻度，放置30min，除去上層脂肪，清液用濾紙過(guò)濾，棄去初濾液10mL，濾液置于冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

2 結(jié)果與討論

2.1 亞硝酸鈉在MWNTs-PAA復(fù)合膜修飾電極上的電化學(xué)響應(yīng)

亞硝酸鈉在MWCNTs/PAA/GCE上的循環(huán)伏安掃描響應(yīng)見圖1?？梢钥闯觯c空白溶液相比，亞硝酸鈉在0.732V附近出現(xiàn)一個(gè)靈敏的氧化峰，并且無(wú)還原峰出現(xiàn)。這說(shuō)明亞硝酸鈉在MWNTs/PAA復(fù)合膜修飾電上的電化學(xué)氧化是一個(gè)完全不可逆的電化學(xué)過(guò)程。

循環(huán)伏安掃描響應(yīng)

a.MWCNTs/PAA/GCE+0.1mol/LPBS；b.MWCNTs/PAA/GCE+1.0x10-4mol/L sodium nitrite+0.1mol/L PBS

圖2為亞硝酸鈉在空白溶液(曲線a)、裸電極（曲線b）和MWCNTs/PAA/GCE（曲線c）上產(chǎn)生的DPV響應(yīng)。可以看出曲線c的氧化峰和曲線b相比，峰電流明顯增大。這表明，在MWNTs/PAA/GCE膜中，碳納米管的作用是形成大量的納米孔狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，從而有效增大電極的比表面積，使更多的亞硝酸根離子吸附在電極表面進(jìn)行電化學(xué)氧化，產(chǎn)生較大的電流響應(yīng)。因此，所制備的MWNTs/PAA/GCE膜對(duì)亞硝酸鈉的氧化起到了較好的催化和增敏作用。

2.2 工作曲線、檢出限及重現(xiàn)性

在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，比較了在連續(xù)加入1.0×10-5mol/L、1.0×10-4mol/L、1.0×10-3mol/L、1.0×10-2mol/L亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)安培響應(yīng)信號(hào)的改變情況。如圖4所示。由內(nèi)置圖可以看到，電流與亞硝酸根離子濃度有很好的線性關(guān)系。其線性回歸方程為：Ip = 1.08c-1.45（R=0.999），其檢出限值為4.0×10-8mol/L，線性范圍：2.0×10-8~3.0×10-3mol/L。

a.MWCNTS-PAA/GCE+0.1 mol/L PBS (pH4)；b.GCE+1x10-4mol/L NaNO2+0.1mol/L PBS (pH4)；c.MWNTS-PAA/GCE+5x10-4mol/L NaNO2+0.1mol/L PBS (pH4)

2.3 食品中亞硝酸鹽的檢測(cè)

我們使用該電極在優(yōu)化條件下測(cè)定了雙匯牌香腸（產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T20712）中亞硝酸鹽的含量為0.18 mg/kg，回收率達(dá)95.23%。測(cè)定結(jié)果與分光光度法測(cè)定進(jìn)行比較，與文獻(xiàn)[4]一致。

3 結(jié)論

采用聚丙烯酸分散多壁碳納米管，制備了MWCNTS/PAA/GCE，MWCNTS/PAA/GCE對(duì)亞硝酸鈉的氧化起到催化和增敏作用，與其它分析檢測(cè)手段相比，擴(kuò)展了亞硝酸根離子的檢測(cè)范圍（1.0×10-6mol/L~2.0×10-4mol/L），檢出限達(dá)到4.0×10-8mol/L。亞硝酸鹽在MWCNTS/PAA/GCE上發(fā)生的是不可逆的氧化還原反應(yīng)，該方法有操作簡(jiǎn)單，所用樣品量少，靈敏度高，重現(xiàn)性好，檢測(cè)限低等優(yōu)點(diǎn)?？赏l(fā)展快速、準(zhǔn)確地測(cè)定各種食品中亞硝酸鹽含量的新途徑。

a.1x10-5mol/L亞硝酸鹽 20muL；b.1x10-4mol/L 亞硝酸鹽 20mu L；c.1x10-3mol/L of 亞硝酸鹽20muL；d.1x10-2mol/L亞硝酸鹽20 muL

參考文獻(xiàn)

[1]吳成軍.食鹽濃度和發(fā)酵時(shí)間對(duì)泡菜中亞硝酸鹽含量的影響[J].生物學(xué)教學(xué)，2006(3)：55-56.

[2]高岐.尿素一鐵氰化鉀一魯米諾化學(xué)發(fā)光法測(cè)定亞硝酸鹽[J].分析化學(xué)，2002，30：812-814.

篇8

關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂 導(dǎo)電涂料 碳納米管

中圖分類號(hào)：TB383 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（c）-0103-02

石油儲(chǔ)罐多為鋼罐，鋼鐵極易腐蝕，為了延長(zhǎng)儲(chǔ)罐使用壽命。必須要對(duì)罐體進(jìn)行保護(hù)用使用涂料保護(hù)金屬油罐是一種經(jīng)濟(jì)合理、簡(jiǎn)便易行的方法。導(dǎo)電涂料是近20多年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種功能性涂料，應(yīng)用于石油儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備，可有效避免由于靜電引起的火災(zāi)爆炸事故。導(dǎo)電防腐涂料在油品儲(chǔ)罐中是十分重要的。針對(duì)碳納米管改性環(huán)氧樹脂導(dǎo)電涂料在大型儲(chǔ)備油罐中的特定用途，本文對(duì)碳納米管改性環(huán)氧樹脂導(dǎo)電涂料的性能進(jìn)行研究，系統(tǒng)研究了不同固化條件下碳納米管改性環(huán)氧樹脂導(dǎo)電涂料玻璃化溫度、沖擊強(qiáng)度、導(dǎo)電性能、彈性模量的影響。

1 主要原料及測(cè)試儀器

2 導(dǎo)電涂料的制備

本研究中碳納米管改性環(huán)氧樹脂導(dǎo)電涂料分為A、B兩組分A組分為改性的碳納米管環(huán)氧樹脂為成膜物的導(dǎo)電物質(zhì)涂料，B組分為固化劑。（見圖1）

將A、B組分按一定比例均勻混合，用稀釋劑稀釋到合適粘度，用噴涂方式涂布于馬口鐵板充分固化后，按照GB16906-1997和GB13348要求的國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行涂料各項(xiàng)性能的檢測(cè)。GR/T 9286-1998測(cè)定涂層附著力；GR/T1731-793測(cè)定涂層柔韌性；GR/T1732-93測(cè)定涂層耐沖擊強(qiáng)度；GB/T1763-1979（89）測(cè)定涂層耐化學(xué)試劑性；以成膜劑、復(fù)合導(dǎo)電體系和填料為水平表，以附著力和導(dǎo)電率為觀察值確定最佳參數(shù)。通過(guò)正交試驗(yàn)，確定最佳配比的基礎(chǔ)配方。

3 結(jié)果與討論

3.1 固化行為對(duì)涂料主要力學(xué)性能和導(dǎo)電性能的影響

不同固化條件下導(dǎo)電涂料的物理機(jī)械性能也不同，其附著力和電阻率的變化見表1。

從表1和表2可以看出，24 ℃/24 h導(dǎo)電涂料的附著力和沖擊強(qiáng)度值最低，這是因?yàn)閷?dǎo)電涂料固化不完全導(dǎo)致的，由于固化時(shí)間短涂料的的交聯(lián)密度低，導(dǎo)電填料粒子搭接成鏈狀或網(wǎng)狀三維立體導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，所以涂料的導(dǎo)電率也較高。隨著固化時(shí)間的延長(zhǎng)，涂料交聯(lián)密度逐漸提高，涂料中的導(dǎo)電粒子濃度達(dá)到滲流值后，內(nèi)聚強(qiáng)度隨之增大，附著力也逐漸增強(qiáng)，導(dǎo)電體之間的交聯(lián)變小，電阻率隨之下降。當(dāng)涂料24 ℃固化3 d，交聯(lián)密度增大，附著力達(dá)到最高值，但是此時(shí)涂料固化并不完全，導(dǎo)電填料粒子之間的交聯(lián)密度不斷縮小，電阻率不斷下降。當(dāng)導(dǎo)電涂料24 ℃固化7 d，固化完全，但是附著力已經(jīng)達(dá)到最高，而且交聯(lián)密度也不再發(fā)生變化，電阻率變得穩(wěn)定。涂料24 ℃固化10 d，由于導(dǎo)電涂料已經(jīng)固化完全，因此附著力和電阻率與當(dāng)導(dǎo)電涂料24 ℃固化7 d時(shí)相同，不在發(fā)生變化。說(shuō)明導(dǎo)電涂料在24 ℃固化7 d可達(dá)到最佳狀態(tài)。

3.2 固化行為對(duì)玻璃轉(zhuǎn)化溫度、交聯(lián)密度、彈性模量的影響

涂料面漆和底漆固化行為與涂料玻璃轉(zhuǎn)化溫度和25℃時(shí)的交聯(lián)密度及彈性模量的關(guān)系如表3和表4所示

從表3和表4可見，由于24 ℃/24 h固化時(shí)間短，所以固化不完全，導(dǎo)電涂料的交聯(lián)密度、玻璃化溫度和彈性模量均較低，隨著固化時(shí)間的增加，導(dǎo)電涂料逐漸完全固化，玻璃化溫度、彈性模量也隨之增大，此時(shí)聯(lián)密度達(dá)到最低值。涂料在24 ℃固化3 d，導(dǎo)電涂料的交聯(lián)密度、玻璃化溫度和彈性模量都達(dá)到較高的值，導(dǎo)電涂料固化程度更高。涂料在24 ℃固化7 d，導(dǎo)電涂料達(dá)到固化完全，與24 ℃固化10 d相比，面漆和底漆，導(dǎo)電涂料的交聯(lián)密度、玻璃化溫度和彈性模量均不發(fā)生變化。說(shuō)明涂料已經(jīng)完全固化。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)各組分的選擇，最終利用正交試驗(yàn)配備了導(dǎo)電涂料基出配方。

（2）導(dǎo)電涂料在不同固化條件下的交聯(lián)密度、玻璃化溫度、彈性模量及基本力學(xué)性能的研究表明，涂料在24℃固化7 d可以達(dá)到固化完全，不僅可以獲得較好的力學(xué)性能，而且具有較好的導(dǎo)電性能。

參考文獻(xiàn)

[1] M.Sachtleber.D.Raabe and H.Weiland Surace Rouhening and Color Changes of Coat Aluminum Sheets During Plastic Straining[J].Journal of Materials Processing Technology，2004（148）：68-76.

[2] 王平.導(dǎo)電涂料的發(fā)展動(dòng)向[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2001（1）：78-80.

[3] D.Mohamad，J.Shalati.High Performance Accelerated All Acrylic Coatings： Kinetics and Mechanistic Aspects of Non-Isocyanate Coatings[J].Porgess in Organic Cotings，2003（48）：50-62.

篇9

【關(guān)鍵詞】添加；碳納米管；鎂基材料；儲(chǔ)氫

0 引言

氫氣作為一種較為重要的清潔能源，有著較大的應(yīng)用市場(chǎng)。氫氣的儲(chǔ)存是制約現(xiàn)階段氫氣生產(chǎn)的主要因素之一，傳統(tǒng)的氫氣儲(chǔ)存方法，由于受到儲(chǔ)存壓力、儲(chǔ)存量等多方面因素的影響，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段氫氣生產(chǎn)的要求，所以研究出一項(xiàng)新式的氫氣儲(chǔ)存裝置已成為現(xiàn)階段研究的較為熱點(diǎn)的話題之一。碳納米管鎂基材料是現(xiàn)階段一種非常良好的氫氣儲(chǔ)存材料，成本較低且儲(chǔ)存的能力較強(qiáng)，非常適合現(xiàn)階段大批量的進(jìn)行氫氣的生產(chǎn)。

碳納米管鎂基材料在很大程度上保持了鎂基材料原有的優(yōu)點(diǎn)，是一種鎂基復(fù)合物，具有充放氫速度快，儲(chǔ)量較大的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)碳納米管也是一種新型的材料，具有著較為特殊的分子構(gòu)造，其熱穩(wěn)定性與導(dǎo)熱性是原有的儲(chǔ)氫材料不能相比的，同時(shí)也具有一定的吸氫的能力，這就給碳納米管作為一種良好的鎂基材料添加劑提供了可能。

本文筆者主要從眾多的鎂基儲(chǔ)氫材料中，篩選出具有良好吸放氫性能的鎂基納米復(fù)合物MgNiMnO作為添加碳納米管實(shí)驗(yàn)樣品，研究添加碳納米管后，其儲(chǔ)氫性能及其溫度的變化情況。

1. 碳納米管鎂基材料實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)所用的材料有：純度大于百分之九十九的鎂粉，鎂粒的直徑在七十五納米左右；純度大于百分之九十九點(diǎn)五的NI粉，其直徑也在七十五納米左右。所用的碳納米管主要為某機(jī)械設(shè)備廠所生產(chǎn)，其直徑在十到三十納米之間，將鎳粉、鎂粉及氧化錳等按照質(zhì)量分為為94：3：3進(jìn)行配比，配比得到的混合粉末的質(zhì)量為二十克，然后再分別加入0.2g、0.05g的碳納米管進(jìn)行充分的混合，最后得到含有不同質(zhì)量的兩種混合粉末。在整個(gè)配比的過(guò)程中需要在完全的充滿氬氣的環(huán)境中進(jìn)行。

配比結(jié)束之后，進(jìn)行充分的機(jī)械磨球操作，在整個(gè)磨球的過(guò)程中氫氣總體的消耗的速度較快，因此，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)的給整個(gè)磨球管中進(jìn)行氫氣的補(bǔ)充，同時(shí)每隔二十小時(shí)左右，進(jìn)行取樣操作，用于稍后的比較分析。整個(gè)過(guò)程也需要在充滿氬氣的環(huán)境中進(jìn)行，以防止配比的樣品出現(xiàn)氧化。在不同的磨球時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行取樣操作，然后將取樣的結(jié)果進(jìn)行X射線的衍射實(shí)驗(yàn)分析。

2. 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析

2.1實(shí)驗(yàn)的磨球過(guò)程

圖1為在不同的時(shí)間下磨球之后所得樣品的X射線衍射光譜。從圖1中我們可以看出，在充滿氫氣的環(huán)境下進(jìn)行磨球，原有的樣品在磨球的整個(gè)過(guò)程中，不斷的發(fā)生者吸氫的反應(yīng)，最終生成了氫化鎂，同時(shí)隨著磨球時(shí)間的延長(zhǎng)，所得到的氫化鎂的比例也逐漸的增多。同時(shí)鎂金屬也隨著磨球時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷的減少。同時(shí)通過(guò)圖1也可以看出，整個(gè)過(guò)程中并沒有鎳的化合物生成。出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因有鎳元素的總含量較小，另一個(gè)原因?yàn)樵跉錃獾娜姹Ｗo(hù)之下，在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的新鮮原子面直接與氫氣反應(yīng)生成氫化鎂，而沒有機(jī)會(huì)與鎳結(jié)合生成Mg2Ni。

2.2充放氫氣實(shí)驗(yàn)

在鎂基的材料中添加了碳納米管之后，大大的改善了原有的鎂基材料儲(chǔ)氫的性能，尤其是在吸放氫氣速度及氫氣的儲(chǔ)存量方面有了較為明顯的改善。圖2為當(dāng)整個(gè)磨球的時(shí)間達(dá)到六十個(gè)小時(shí)之后整個(gè)實(shí)驗(yàn)試樣的溫度變化的曲線和吸氫的曲線。

從該圖中可以看出，實(shí)驗(yàn)試樣的吸氫的過(guò)程中大約在一百秒左右完成，整個(gè)吸氫的速度是較快的，隨著吸氫的不斷進(jìn)行，放出了大量的熱量，也就是常說(shuō)的引燃的過(guò)程，整個(gè)過(guò)程最高的溫度能夠達(dá)到四百多度，該現(xiàn)象對(duì)于蓄熱式及大型的儲(chǔ)氫器有著非常重要的意義。

實(shí)驗(yàn)試樣放氫氣的過(guò)程其內(nèi)部的變化情況如圖3所示：

從圖3中我們可以看出，整個(gè)試樣的初始的溫度在三百度左右，但是在整個(gè)放氫的過(guò)程中，整個(gè)速度還是比較快的，在零點(diǎn)一兆帕的情況下，整個(gè)放氫的時(shí)間為六百秒，所得到的總體的放氫氣的量達(dá)到了百分之六點(diǎn)五。

2.3鎂基儲(chǔ)氫材料中所含碳納米管的質(zhì)量對(duì)其儲(chǔ)氫性能的影響

當(dāng)在鎂基儲(chǔ)氫的材料中加入碳納米管材料之后，由于受到碳納米管材料自身的對(duì)于整個(gè)氫氣分子有著較強(qiáng)的吸附的能力。再加上碳納米管又是一個(gè)傳熱性能非常好的材料，在整個(gè)鎂基儲(chǔ)氫的材料當(dāng)中，加入一定量的碳納米管對(duì)于實(shí)現(xiàn)鎂基材料傳熱性能有著較大的作用。所做實(shí)驗(yàn)也印證了該點(diǎn)，如圖4與圖5所示，其中圖4為0.2g碳納米管添加劑與0.05g碳納米管添加劑在同樣的球磨時(shí)間下溫度變化曲線與放氫的曲線，圖5為沒有碳納米管添加劑下相同的磨球時(shí)間下溫度變化曲線與放氫曲線。

從上述的四個(gè)圖中我們可以看出，相對(duì)于沒有添加碳納米管的試樣，添加之后的試樣在放氫及吸氫的性能上均有著較大的提升，主要的表現(xiàn)在吸放氫的容量較大。具體的數(shù)據(jù)為沒有碳納米管添加劑的其總體的吸氫量小于百分之四，對(duì)于那些含有碳納米管添加劑的，其總體的氫容量在百分之五之上。同時(shí)，通過(guò)上述

的圖也可以看出，隨著其中含氫量的增加，其總體的吸氫的總?cè)萘砍^(guò)了百分之七。同時(shí)通過(guò)對(duì)圖六進(jìn)行分析也可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沒有添加碳納米管時(shí)，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的磨球后，其對(duì)于吸氫也有著較大的提升。但是在較短的磨球時(shí)間內(nèi)，整個(gè)試件的吸氫的能力較弱，因此，通過(guò)上述的分析可以發(fā)現(xiàn)，在鎂基材料中加入碳納米管在很大程度上能夠改善傳統(tǒng)的鎂基材料的儲(chǔ)氫的能力，這在很大程度上也降低了整個(gè)鎂基材料在進(jìn)行儲(chǔ)氫時(shí)生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，因此，在鎂基的材料中加入一定量的碳納米管對(duì)于提升其儲(chǔ)氫的性能有著較為直接的作用。

3.結(jié)論

通過(guò)在鎂基材料中加入碳納米管在很大程度上能夠改善鎂基材料的吸氫與放氫的特性，其整體的對(duì)于氫氣的容量在很大程度上得到了較大的提升，整個(gè)吸氫與放氫的速度也較快。此外在較大的溫度下，也能夠進(jìn)行放氫和吸氫的過(guò)程。

由于受到碳納米管自身具有較好的導(dǎo)熱的性能，再加上其對(duì)氫原子具有一定的敏感性，提升了吸附氫氣的能力，能夠作為鎂基材料良好的添加劑，在很大程度上能夠改善鎂基材料對(duì)于氫氣的儲(chǔ)存性能。同時(shí)在一定程度上也能夠降低鎂基材料進(jìn)行儲(chǔ)氫設(shè)備制造時(shí)的制造成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃秋姬，易雙萍，鄧耀敏，黃軍.電極材料中氫氧化鈣及碳納米管的添加對(duì)鎳氫電池電化學(xué)性能的影響[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014，01：112116+111

[2]陳雨婷，張海燕，張國(guó)慶，陳易明，朱清峰.儲(chǔ)氫合金電極中添加碳納米管對(duì)SC型高功率電池性能的影響[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2008，03：527532

[3]王斌，周仕學(xué)，楊敏建，張同環(huán).金屬催化劑對(duì)儲(chǔ)氫材料（90x）Mg5C5NCxM（M=Al，Mo或Ni，x=0～10）性能的影響[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，06：8588

[4]陳東，陳廉.21世紀(jì)先進(jìn)氫能載體材料產(chǎn)業(yè)化前景――質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）最佳氫燃料源[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2002，10：3134

[5]劉秀英，王朝陽(yáng)，唐永建，孫衛(wèi)國(guó)，吳衛(wèi)東，張厚瓊，劉淼，袁磊，徐嘉靖.單壁BN納米管和碳納米管物理吸附儲(chǔ)氫性能的理論對(duì)比研究[J].物理學(xué)報(bào)，2009，02：11261131

篇10

【關(guān)鍵詞】納米；納米技術(shù)；倫理問題； 技術(shù)轉(zhuǎn)型

1.倫理學(xué)與納米技術(shù)

納米(nanometer，nm)與分米、厘米一樣，是一個(gè)長(zhǎng)度單位，1納米等于十億分之一米，也就是10-9米，相當(dāng)于10個(gè)氫原子排列成一行的長(zhǎng)度，或相當(dāng)于一根頭發(fā)絲直徑的萬(wàn)分之一。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，納米技術(shù)非常廣泛地應(yīng)用在醫(yī)藥、能源、材料和環(huán)境治理等多個(gè)方面，已迅速發(fā)展成為引領(lǐng)世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域之一。納米技術(shù)的大肆傳播，已經(jīng)引起了人們的狂熱的追求和盲目的樂觀 [1]。納米技術(shù)自身的特點(diǎn)和發(fā)展?fàn)顩r要求我們從一種徹底不同的角度考慮納米技術(shù)的倫理問題，而這種更新穎的倫理方法或觀點(diǎn)應(yīng)該更注重未來(lái)納米技術(shù)的發(fā)展[2]。

倫理，通常與禁止和限制相關(guān)，特別是當(dāng)它涉及到技術(shù)的時(shí)候， 其約束是很多的。倫理學(xué)可以指導(dǎo)包括確定我們更好的生活的方式，以及告訴我們作為個(gè)人也好社會(huì)的一部分也好，應(yīng)該如何爭(zhēng)取和實(shí)現(xiàn)我們理想，并且使我們無(wú)愧于一個(gè)活生生的人。因此，盡管納米技術(shù)的倫理問題涉及到禁止和限制，但這不是全部問題之所在，甚至還算不上最重要的部分。

2.與納米技術(shù)有關(guān)的社會(huì)和倫理問題的三個(gè)誤區(qū)

作為一個(gè)社會(huì)人，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，學(xué)會(huì)跟蹤一種新技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)影響的能力是很重要的，而且對(duì)這種技術(shù)的倫理方面影響的考慮也是越早越好[3]。然而就與納米技術(shù)相關(guān)的社會(huì)和倫理問題而言，還普遍存在三個(gè)誤區(qū)。

2.1認(rèn)為討論倫理和社會(huì)問題還為時(shí)過(guò)早

認(rèn)為討論倫理和社會(huì)問題還為時(shí)過(guò)早的前提主要來(lái)源于兩種主張。一是認(rèn)為納米技術(shù)能力的描述、控制和建設(shè)過(guò)程，即實(shí)踐的納米科學(xué)與工程沒有什么社會(huì)和道德問題的特點(diǎn)。二是目前還很少有產(chǎn)品含有已經(jīng)完成了納米粒子的設(shè)計(jì)，工藝或設(shè)備的制定了，更不用說(shuō)大量生產(chǎn)和廣泛傳播了[4]。如果納米技術(shù)的實(shí)踐在社會(huì)和道德上是無(wú)害的或者納米技術(shù)本身基本上不存在，那么，社會(huì)和倫理方面的考慮必須無(wú)限延期下去。

2.2認(rèn)為現(xiàn)在討論倫理問題意義不大

第二個(gè)誤區(qū)的前提認(rèn)為技術(shù)創(chuàng)新是必然的--甚至呈現(xiàn)出指數(shù)增長(zhǎng)--當(dāng)然，在這一過(guò)程中也會(huì)伴隨著他的益處。所以，在這種情況下，強(qiáng)調(diào)與納米技術(shù)革命相關(guān)的社會(huì)和倫理問題是最沒有意義也最不利的，因?yàn)槿魏螙|西都可能延緩納米技術(shù)為社會(huì)做出貢獻(xiàn)的步伐。要想促進(jìn)社會(huì)發(fā)展，就要推動(dòng)技術(shù)發(fā)展，盡可能地?zé)o阻礙、無(wú)約束、無(wú)監(jiān)管的去應(yīng)用和傳播。還有，要健康發(fā)展就要教育人民了解納米技術(shù)，促進(jìn)公眾接受它，促進(jìn)產(chǎn)品的商業(yè)化并準(zhǔn)備人員和機(jī)構(gòu)以便我們調(diào)整、減輕和補(bǔ)救那些意想不到的健康和安全方面的影響。

2.3認(rèn)為確保公眾接受才是關(guān)鍵所在

對(duì)于納米技術(shù)研究持續(xù)性發(fā)展的支持，以及將納米技術(shù)最終融入到消費(fèi)產(chǎn)品和合理應(yīng)用的問題上，公眾對(duì)于納米技術(shù)的接受程度將成為其中的決定性因素。有一個(gè)普遍的觀點(diǎn)，甚至存在于那些大力倡導(dǎo)社會(huì)和倫理研究的專家當(dāng)中，這個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為：通過(guò)向公眾顯示關(guān)于納米技術(shù)的社會(huì)性擔(dān)憂已經(jīng)得到了解決，由此幫助納米技術(shù)獲得更多的公眾認(rèn)可度并保證其能夠順利的與國(guó)民和國(guó)際經(jīng)濟(jì)的發(fā)展相結(jié)合。

3.納米技術(shù)可能引發(fā)的社會(huì)和倫理問題

納米技術(shù)的發(fā)展存在著很大的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性，在發(fā)展和使用新興的納米技術(shù)滿足人類和社會(huì)緊迫需要的同時(shí)，如何充分而合理地去預(yù)見和減輕不利的影響或未曾想到的結(jié)果，已成為各國(guó)政府和科學(xué)界關(guān)注和研究的一個(gè)重要問題[5]。從納米技術(shù)的應(yīng)用及價(jià)值來(lái)看,具有極大潛力改變我們未來(lái)幾十年的生活方式,但正如波普爾所說(shuō)的，"科學(xué)進(jìn)步是一種悲喜交集的福音"。所以解決其引發(fā)諸多的社會(huì)和倫理問題勢(shì)在必行。

3.1有爭(zhēng)議的道德問題

有爭(zhēng)議的道德問題可能涉及到研究和工程實(shí)踐亦或產(chǎn)品使用。例如，納米技術(shù)涉及包括轉(zhuǎn)基因生物體、使用胚胎干細(xì)胞和嵌合體的研究、合成生物學(xué)、建設(shè)人工生物武器的發(fā)展、基因?qū)＠⒑托薷娜说谋拘?。?dāng)然，有爭(zhēng)議的道德問題往往不是獨(dú)有的納米技術(shù)，雖然在某些情況下，納米技術(shù)可能實(shí)現(xiàn)它們特別引人注目的或有爭(zhēng)議的開發(fā)工具。

3.2社會(huì)環(huán)境問題

社會(huì)環(huán)境問題產(chǎn)生于納米技術(shù)同社會(huì)體制以及納米技術(shù)出現(xiàn)的體制背景的相互作用。由于納米技術(shù)是一項(xiàng)普遍使用，可以獲得的技術(shù)，所以它出現(xiàn)的可能引發(fā)的社會(huì)環(huán)境問題也是廣泛的，例如，獲得技術(shù)的公平問題，信息安全和隱私保護(hù)問題，知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題，法律和政策問題，各種利益之間的沖突問題等等。納米技術(shù)不是環(huán)境負(fù)擔(dān)和利益分布的原因，設(shè)計(jì)能力，控制和納米級(jí)的創(chuàng)建并非天生是不公正的。當(dāng)考慮了納米技術(shù)的特點(diǎn)和實(shí)踐，環(huán)境正義似乎不是一個(gè)納米技術(shù)的問題。因此，不把社會(huì)環(huán)境問題理清楚，納米技術(shù)的可靠發(fā)展是不完整的。

3.3生命形式問題

生命形式問題出現(xiàn)于納米技術(shù)在社會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和結(jié)構(gòu)，比如家庭結(jié)構(gòu)，社會(huì)網(wǎng)絡(luò)和生活軌跡等方面。社會(huì)規(guī)范往往是基于事實(shí)，或特定的理解，比如我們彼此的關(guān)系和我們與自然環(huán)境的關(guān)系。納米技術(shù)的出現(xiàn)有可能改變這種狀況，如果納米技術(shù)，特別是納米醫(yī)學(xué)能接近它所預(yù)期的那樣的那樣，那么與人類繁榮有關(guān)的規(guī)范將會(huì)進(jìn)一步得到修改。此外，同過(guò)去一樣，人類壽命延長(zhǎng)和達(dá)到期望的健康等將對(duì)家庭規(guī)范和結(jié)構(gòu)（例如，贍養(yǎng)責(zé)任），生活計(jì)劃或軌跡（例如，婚姻狀況），以及社會(huì)和政治機(jī)構(gòu)產(chǎn)生重大影響。

3.4轉(zhuǎn)型問題

轉(zhuǎn)型問題產(chǎn)生于納米技術(shù)的潛力，尤其是結(jié)合其他新興技術(shù)，如生物技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)和機(jī)器人技術(shù)等來(lái)改造人權(quán)狀況，而不是僅僅作為形式的生活問題，修改一些參數(shù)。這可能是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的--顯著改變我們?cè)瓉?lái)的生物種類，重建我們與自然環(huán)境之間的關(guān)系，創(chuàng)造自我意識(shí)和自主人工智能或發(fā)展強(qiáng)有力的替代環(huán)境。在這種情況下，新的道德狀況或?qū)⒁M(jìn)一些有關(guān)于我們的道德景觀需要重新配置或重新構(gòu)思的方面?！?/p>

【參考文獻(xiàn)】

［1］G..Khushf.The Ethics of Nanotechnology:Vision and Values for a New Generation of Science and Engineering. [J]National Academies Press,2004,(2).

［2］J.P.Dupuy,S.Roeser and A.Grinbaum.Living with Uncertainty:Toward the Ongoing Normative Assessment of Nanotechnology. [J]Research in Philosophy and Technology.2004,(2).

［3］朱鳳清，張帆.納米技術(shù)應(yīng)用引發(fā)的倫理問題及其規(guī)約機(jī)制[J].學(xué)術(shù)交流，2008,(1).