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摘 要

现今空气质量问题成为人们关心的对象，如何在现有的基础上通过对气体进行处理达到理想的效果是我们共同的理想。

本课题将采用化学气相沉积法，将碳纳米管制备成取向一致的碳纳米管膜 ，用于空气的净化。研究工作包括利用化学气相沉积法，以二甲苯为碳源，氮气为载气，二茂铁为催化剂的条件下，SEM 、TEM为表征手段，考察不同反应温度，碳源、催化剂浓度对一致取向的碳纳米管膜生长的影响。得到理想的碳纳米管膜后，用气体泡压法，使用泡压法气孔分析仪测量得出膜的通透性数据。由碳纳米管形成的取向一致的碳纳米管膜具有优良的过滤、杀菌等性能，能有效去除空气中的尘埃及有害病菌，是一种应用前景越来越广的新型纳米材料。

关键词：化学气相沉积法 气体泡压法 碳纳米管膜

How to preparation for carbon nanotubes filmfor gas purification

ABSTRACT

Nowadays, air quality problems become the object of concern, how to achieve the ideal effect on the basis of the existing through gas treatment is our common ideal.

This topic will use the chemical gas phase deposition method to make carbon nanotubes prepared well aligned carbon nanotube films for air purification. Research work includes the use of chemical gas phase deposition method, and using xylene as carbon source, nitrogen as carrier gas, ferrocene as catalyst, SEM as a characterization method. The different reaction temperature ,carbon source and carrier gas flux of aligned have a big effect on the growth of carbon nanotube film .After achieveing the ideal carbon nanotube film, gas bubble pressure method, we will use bubble pressure method to measure the permeability of the membrane membrane permeability data.Carbon nanotube film what formed by carbon nanotubes aligned has excellent filtration, sterilization and other properties, which can effectively remove the dust in the air and harmful bacteria is a new type of nano materialwhich is using widely .

Keywords:The chemical vapor deposition method Gas bubble pressure method carbon nanotube films

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 碳纳米管性质 1

1.2 碳纳米管膜制备的方法 3

1.2.1物理方法制备一致取向碳纳米管 3

1.2.2化学方法制备一致取向碳纳米管 4

1.3 碳纳米管膜用于气体净化 5

1.4 气体泡压法孔径分析 6

1.4.1 原理 6

1.4.2 气体泡压法孔径分析仪特点 6

2.1实验部分 7

2.1.1仪器与试剂 7

2.1.2 碳纳米管膜的制备 8

2.1.3实验步骤 8

2.1.4 碳纳米管膜的表征 8

2.1.5膜气体渗透性能测试 13

第三章 实验结果与讨论 14

第四章 结论与展望 15

4.1结论 15

4.2展望 15

参考文献 16

第一章 文献综述

1.1 碳纳米管性质

碳纳米管具有典型的层状中空的结构特征，构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角，碳纳米管的管身是准圆管结构，且大多数由五边形的截面所组成。管身是由六边形碳环微结构单元组成，端帽部分是由含五边形的碳环所组成的多边形结构，或者可以称之为多边锥形多壁结构。碳纳米管是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口)的一维量子材料。它主要是由呈六边形排列的碳原子构成的数层到数十层的同轴圆管。

碳纳米管^【1】自从被发现以来，因为其极为广阔的应用前景吸引了广大科学研究者的关注。合成碳纳米管主要有三种方法，电弧法^【2】和激光蒸发法^【3】合成的碳纳米管分布太过杂乱，碳纳米管之间由于烧结成束，相互缠绕而难以分散，这样使得测量的各种物理和化学性质的结果比较分散，并且不够准确。而在导电性质和力学性质方面的测量结果又与理论估计值相差甚远。特别是碳纳米管的场发射效应被发现后，因此能够大面积地合成碳纳米管阵列。同时小型场发射器的尝试体现出了定向碳纳米管的优越性以及潜在的应用价值，引发了更多人对碳纳米管的探究。碳纳米管自从1992年被发现以来的短短十几年中，因其具有的奇特结构和众多优异的性能，在许多新领域得到应用，如在超强度复合材料、纳米电子器件、储氢材料等诸多领域取得了较大的突破，引起了全球性物理、化学及材料等科学界的极大兴趣。

目前国内外在碳纳米管的制备、修饰、表征、纯化、性质等方面都已取得了很多研究成果。随着人们对碳纳米管的研究的不断深入和碳纳米管制备技术的日趋成熟，由于碳纳米管具有独特的结构和性能，因而自从被发现以来一直受到人们的关注，特别是近几年，定向碳纳米管因其优异的场发射性能，使得定向碳纳米管的制备成为世界范围内的研究热点。目前，制备定向碳纳米管阵列的方法有很多种，但发现的方法中只有化学气相沉积法CVD能够直接有效的制备定向碳纳米管阵列。常见的CVD方法有等离子体增强CVD和热 CVD等。PECVD 通过等离子体的诱导和刻蚀以达到碳纳米管的定向生长的目的，制备出了疏密可控、垂直性良好的定向碳纳米管阵列，但是PECVD的要求较高，而且其腔体尺寸限制了碳纳米管阵列存在的面积大小，不利于制备大面积的碳纳米管阵列。而TCVD大多数是要通过在模板（如多孔硅、氧化铝及沸石）上沉积金属催化剂颗粒，然后再实现碳纳米管阵列的生长，不过模板的预处理会增加制备工艺的复杂程度和成本，后来此工艺被改进，不需要对衬底进行预处理，但仍需使用双温炉设备，因此限制了它得发展。

碳纳米管有热学性能，磁性能，力学性能，储氢性能^【3】，电学性能及过滤净化性能等。而本实验研究的就是其净化性能。力学方面，已经有实验验证即使在很强的拉力下，碳纳米管最终变成好似一根碳链结构也不容易断开，并且具有较强的弹性和弯曲刚度^【5】。电学^【7】方面，Sony等人通过实验验证证明了碳纳米管是一种半金属材料。在热学性能方面，由于碳纳米管具有独特的细长结构，平行于纳米管轴线方向的热传导性可以与有最高热传导率的金刚石相比，而垂直于轴线方向上，热传导率恰恰相反又非常小^【1】。在磁性能方面，它有能力成为铁氧体的有力竞争者。在储氢性能方面，由于碳纳米管内部有大量的微孔，因此被认为是最好的储氢材料。 过滤净化方面，由碳纳米管所形成的取向一致的碳纳米管膜具有优良的过滤、杀菌等性能，能够有效得去除空气中的尘埃及有害病菌^【8,9】，是一种应用前景越来越广的新型纳米材料。

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