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碳纳米管功能复合材料的构筑及电磁性能研究

作　者: 张祺
导　师: 李耀刚
学　校: 东华大学
专　业: 材料学
关键词: 多壁碳纳米管 表面活性剂 聚乙烯亚胺 四氧化三铁 锰锌铁氧体 氧化铟锡 纳米复合材料 磁性能 电学性能
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


碳纳米管（CNTs）自发现以来,其独特的管状结构和良好的物理化学性能成为人们研究的热点。CNTs的一维结构使它成为最好的组装模板,CNTs被组装后,可以赋予CNTs新的光、电、磁性能。CNTs的磁性和电性能较弱,将CNTs与电、磁性能较强的无机纳米材料有机地结合可组装出具有较强电、磁特性的CNTs复合材料。这种纳米复合材料在电子纳米器件、高密度磁性记录材料、吸波材料等众多领域具有巨大的应用前景。本文采用了湿化学法成功制备了CNTs纳米复合材料,并对其结构、性能进行了系统的表征,深入研究了复合材料的电性能和磁性能。首次采用醇热法在经阳离子表面活性剂聚乙烯亚胺（PEI）改性的多壁碳纳米管（MWCNTs）表面组装了四氧化三铁（Fe3O4）纳米微球,得到了Fe3O4/MWCNTs磁性纳米复合材料。对复合材料用X射线衍射（X-ray diffraction analysis,XRD）,透射电子显微镜（transmission electron microscopy,TEM）,傅里叶变换红外光谱（fourier transform spectroscopy,FTIR）,振动样品磁强计（vibrating samplemagnetometer,VSM）等方法进行表征,结果表明:Fe3O4纳米微球包覆在MWCNTs表面,粒径在50-200 nm,复合材料表现出较强的磁性,饱和磁化强度达到61.8emu·g-1,矫顽力为83 Oe。此外MWCNTs其独特的结构得到保护,所制备的复合材料电性能较MWCNTs有明显提高。采用醇热法制备了锰锌铁氧体(Mn1-xZnxFe2O4)微球包覆的MWCNTs磁性复合材料。采用XRD,TEM,高分辨透射电子显微镜（high-solution transmissionelectron microscope,HRTEM）,选区电子衍射（selected area electron diffrationSAED）,扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）,VSM对制备的复合材料进行表征,结果表明:采用醇热法制备的Mn1-xZnxFe2O4/MWCNTs复合材料晶相纯,无任何杂质相存在,大量Mn1-xZnxFe2O4纳米微球包覆在MWCNTs表面,观察表明这些微球是由许多Mn1-xZnxFe2O4纳米晶粒定向聚集而成。制得的复合材料具有良好的磁性能,当Mn1-xZnxFe2O4/MWCNTs（x=0.4）时复合材料的饱和磁化强度为55.6 emu·g-1。同时复合材料制备的反应机理进行了探讨。采用原位共沉淀法制备了立方和菱形晶系氧化铟锡（ITO）包覆的MWCNTs纳米复合材料,对复合材料用XRD,TEM,HRTEM,SAED等进行表征,结果表明:ITO纳米晶粒包覆在MWCNTs表面。通过调节共沉淀反应的pH值以及煅烧温度,实现了ITO从菱形晶相向立方晶相的可控转变。当SnO2的掺杂量达到12.5 wt%时复合材料的电导率达到最大,当碳纳米管分别包覆了菱形和立方ITO之后其电导率有明显提高,达到0.52±0.05 S·cm-1和0.65±0.04 S.cm-1。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-24
  1.1 引言  11
  1.2 碳纳米管的结构与基本性能  11-14
    1.2.1 碳纳米管的基本结构  11-12
    1.2.2 碳纳米管的电学性能  12-13
    1,2.3 碳纳米管的力学性能  13-14
    1.2.4 碳纳米管的其它性能及应用  14
  1.3 碳纳米管的制备  14-15
  1.4 碳纳米管的管外化学  15-20
    1.4.1 碳纳米管的溶解  15-16
    1.4.2 非共价修饰碳纳米管表面  16-19
    1.4.3 共价修饰碳纳米管表面  19-20
  1.5 金属及金属氧化物包覆碳纳米管复合材料  20-21
  1.6 磁性纳米粒子的物理特性和应用  21-22
  1.7 论文研究的目的和意义  22-24
第二章 四氧化三铁/碳纳米管纳米复合材料的制备及性能研究  24-34
  2.1 引言  24-25
  2.2 实验部分  25-26
    2.2.1 实验原料  25
    2.2.2 实验设备  25
    2.2.3 四氧化三铁纳米微球包覆碳纳米管复合材料的制备  25-26
    2.2.4 表征及测试方法  26
  2.3 结果和讨论  26-33
    2.3.1 四氧化三铁纳米微球包覆碳纳米管合材料的物相分析  26-27
    2.3.2 四氧化三铁纳米微球包覆碳纳米管复合材料的形貌分析  27-28
    2.3.3 四氧化三铁纳米微球包覆碳纳米管复合材料反应机理探讨  28-29
    2.3.4 四氧化三铁纳米微球包覆碳纳米管复合材料红外能谱表征与分析  29-30
    2.3.5 四氧化三铁纳米微球包覆碳纳米管复合材料电性能测试  30-32
    2.3.6 四氧化三铁纳米微球包覆碳纳米管复合材料磁性能测试  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章 锰锌铁氧体微球包覆碳纳米管的制备及其性能研究  34-45
  3.1 引言  34-35
  3.2 实验部分  35-37
    3.2.1 实验原料  35
    3.2.2 实验设备  35
    3.2.3 锰锌铁氧体纳米微球包覆碳纳米管复合材料的制备  35-36
    3.2.4 表证及测试方法  36-37
  3.3 结果与讨论  37-44
    3.3.1 锰锌铁氧体纳米微球包覆碳纳米管复合材料的物相分析  37
    3.3.2 锰锌铁氧体纳米微球包覆碳纳米管复合材料的 TEM 形貌分析  37-40
    3.3.3 锰锌铁氧体纳米微球对碳纳米管包覆量影响因素的定量分析  40-41
    3.3.4 锰锌铁氧体纳米微球包覆碳纳米管复合材料反应机理分析  41-42
    3.3.5 锰锌铁氧体纳米微球包覆碳纳米管复合材料的磁性能分析  42-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章 原位共沉淀法制备纳米铟锡氧化物/碳纳米管复合材料  45-61
  4.1 引言  45-46
  4.2 实验部分  46-48
    4.2.1 实验原料及设备  46
    4.2.2 铟锡氧化物/碳纳米管纳米复合材料的制备  46-47
    4.2.3 测试仪器与表征  47-48
  4.3 结果与讨论  48-60
    4.3.1 铟锡氧化物/碳纳米管纳米复合材料的物相分析  48-52
    4.3.2 铟锡氧化物/碳纳米管纳米复合材料的形貌分析  52-55
    4.3.3 铟锡氧化物对碳纳米管包覆量影响因素的分析  55-56
    4.3.4 铟锡氧化物/碳纳米管纳米复合材料反应机理分析  56-57
    4.3.5 铟锡氧化物/碳纳米管纳米复合材料的电性分析  57-58
    4.3.6 氧化锡的掺杂量对铟锡氧化物/碳纳米管纳米复合材料电导率影响  58-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章 全文结论  61-63
参考文献  63-77
附录1:硕士期间发表的论文和专利  77-79
致谢  79-80

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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