纳米碳管范文

导语：如何才能写好一篇纳米碳管，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】SCN-；纳米银；多壁碳纳米管；Nafion；化学修饰电极；电化学行为

文章编号：ISSN1006―656X（2013）12-0085-04

由于纳米材料的特殊性能，使其成为人们常用的一种电极材料。近年来，利用碳纳米管负载贵金属粒子制得电催化活性高的新型催化剂成为一个新的研究方向 。纳米复合材料将成为人们研究的热点，本文用Nafion分散复合材料纳米银和已羧基化的多壁碳纳米管修饰玻碳电极，通过循环伏安（CV）、微分脉冲（DPV）等电化学方法研究了该电极在混合磷酸盐缓冲溶液（PBS）中的电化学行为以及对硫氰酸根（SCN-）的测定。

一、实验部分

（一） MWCNTs的预处理

用化学沉积法制得的MWCNTs常含有未除尽的金属催化剂，因此必须加以纯化。称取MWCNTs（0.5 g）分散于HCl（60 mL 4.0 mol/L）中，超声处理4 h后用二次蒸馏水洗至中性。

最后再用60 mL浓HNO3和浓H2SO4（1：3 v/v）的混合液超声处理上述处理过的MWCNTs 4 h，最后二次蒸馏水洗至中性，100 ℃真空干燥4 h。

（二）GCE/ Nafion+nano Ag+ MWCNTs 修饰电极的制备

修饰剂的制备：分别称取0.5 mg 已羧基化的 MWCNTs和0.5 mg 纳米银粉溶解于0.1%的Nafion（取20 μL5%的Nafion用无水乙醇稀释至1 mL）。超声分散30 min，得分散良好的Nafion+nano Ag+MWCNTs黑色悬浊液。

修饰电极的制备：先用1 μm，0.3 μm，0.05 μm Al2O3 把玻碳电极进行抛光处理，再用蒸馏水清洗干净后，分别再在1：1 HNO3、无水乙醇、蒸馏水中超声清洗5 min，室温晾干。用微量注射器取10 μL 修饰剂滴涂于电极表面，自然晾干。每次使用前，修饰电极在支持电解质内循环扫描4圈进行活化。

（三）实验方法

用试管（10 mL）量取5 mL 0.1 mol/L PBS，转入电解池中并加入适量的硫氰酸根溶液。于-0.4 V和富集2 s后，在-0.4 V～0.8 V 之间，以GCE/Nafion+nano Ag +MWCNTs 为工作电极，以100 mV/s 的扫描速率用循环伏安（Cyclic voltammetry）向阳极化方向扫描记录伏安曲线；于-0.15 V 富集30 s 后，在-0.15 V～0.28 V 之间记录微分脉冲伏安（Differential pulse voltammetry）曲线；以-0.1 V 为初始电势，0.2 V 为阶跃电势， 记录双电势阶跃计时库仑 （Chronocoulometry）曲线；以[Fe（CN）6]3-/4-的式量电位0.18 V 为起始电位，以0.01～10 kHz为测试频率范围，在10 mmol/L [Fe（CN）6]3-/4-中测试电化学交流阻抗（EIS） 。

二、结果与讨论

（一）实验条件优化

1、支持电解质浓度的选择及pH 对峰电流影响

采用循环伏安法，分别考察了SCN-在0.1 mol/L 的 H2SO4、HCl、NH3-NH4Cl、KCl、 NaOH、HAc-NaAc、混合磷酸盐中的伏安行为。由图3-1可知，SCN_在0.1 mol/L 混合磷酸盐缓冲溶液中峰形最好且峰电流最大，所以本实验选择0.1 mol/L 混合磷酸盐缓冲溶液作为支持电解质浓度。不同pH值混合磷酸盐缓冲溶液（0.1 mol/L）对氧化峰电流的影响中是不同的。图3-2显示pH值为8.0时，峰电流最好，为此选择该PH的0.1 mol/L的混合磷酸盐缓冲溶液作为支持电解质。

图3-1 支持电解质浓度与氧化峰电流的关系 图3-2 pH 对氧化峰电流的影响

2、修饰剂用量、富集（起始）电位和富集时间对峰电流的影响

图3-3表明，修饰剂用量不同对氧化峰电流产生较大影响。修饰剂用量在10 μL时峰电流最大，为此本实验选取10 μL Nafion+nano Ag+MWCNTs分散液来制备化学修饰电极。图3-4考察在-0.6 V ～ -0.05 V 之间富集电位对峰电流的影响。实验表明，在上述电位范围内富集电位对峰电流影响不大，本文以-0.15 V 作为富集起始电位。图3-5显示，当富集时间为30 s 时电流达到饱和吸附。为此将30 s 作为测定前的富集时间。

图3-3 修饰剂用量对氧化峰电流的影响 图3-4 富集电位对峰电流的影响 图3-5 富集时间对氧化峰电流的影响

3、电极重现性和校准曲线

同一支电极每次测量完毕后，电极在缓冲液里循环扫描4圈使电极表面更新，重复测量6次得到电极的相对标准偏差为4.8%。如图3-6所示，实验表明峰电流与SCN_浓度在一定范围内呈线性关系，得到SCN_的标准工作曲线，在3.0×10 -6 ～ 6.0×10 -4 mol/L 范围内， 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 范围内， ipa （μA） =-16.00845-0.30468 c （10-5 mol/L），R=0.9974，检测限为8.0×10-7 mol/L。

图3-6 氧化峰电流与SCN_浓度的关系

4、干扰实验

此体系中考察了常见的近十余种共存离子对测定SCN_的影响。固定SCN_的浓度为6.0×10-5 mol/L，控制相对误差为±5%，2000倍的SO42-，3000倍的Na+，NO3-，100倍的Mg2+，Zn2+，Ca2+，2倍的I_，Br-，Cl-离子对SCN_的测定不产生影响。

（二） SCN-在纳米银-羧基化多壁碳纳米管化学修饰电极上的电化学行为

1、 SCN_在不同电极上的循环伏安图

裸玻碳电极、Nafion与 MWCNTs 修饰玻碳电极于底液（图3-7（1）a、b）及待测液中（图3-7（2）A、B）均不出峰；Nafion与nano Ag修饰玻碳电极于底液中出现了一对氧化还原峰（图3-7（1）c），Nafion与nano Ag+MWCNTs 修饰玻碳电极于底液中也出现了一对氧化还原峰（图3-7（1）d），氧化峰电位分别为0.493 V和0.435 V，后者比文献[1]0.630 V，负移195 mv，这说明复合上MWCNTs后，纳米银的电活性增加，其还原性增强；在含有相同浓度的SCN_溶液中，Nafion与nano Ag+MWCNTs 修饰玻碳电极上的氧化峰（图3-7（2）D）电位和Nafion与nano Ag修饰玻碳电极上的氧化峰（图3-7（2）C）电位都明显负移，但前者峰电流更大、更加明显。可见SCN_在裸玻碳电极、Nafion与MWCNTs修饰玻碳电极无电催化反应，在Nafion与nano Ag+MWCNTs 修饰玻碳电极上则出现明显的氧化峰（图3-7（2）D），氧化峰电位为0.09 V，这说明nano Ag+MWCNTs 修饰电极可用于对SCN_的测定。

2、 电化学交流阻抗谱表征修饰电极表面

选择循环伏安法分别用裸GCE（a）、GCE/Nafion （b）和GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs （c）测定10 mmol/L [Fe（CN）6]3-/4-溶液中[Fe（CN）6]3-/4-的氧化还原峰电位，以[Fe（CN）6]3-/4-的式量电位0.18 V 为起始电位，以0.01～10 kHz 为测试频率范围，在10 mmol/L [Fe（CN）6]3-/4-中测试裸GCE（a）、GCE/Nafion （b）和GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs （c）的电化学交流阻抗。图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-中的循环伏安图，由图可知， GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs测得峰形好且峰电流最大；而GCE/Nafion 测得的峰很平坦，不明显。图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图，它们的 Nyquist 曲线在高频区均出现1个半圆弧。谱图低频区具有近似Wargburg响应线（右侧斜线）的情况.。坐标原点到圆弧左端点的距离表示溶液电阻RΩ，圆弧半径大小表示电荷移动电阻Rct，由图可看出裸GCE的电荷移动电阻（Rct=1480Ω）明显小于GCE/Nafion （10 μL 0.1%Nafion）的电荷移动电阻（Rct=9000Ω），当在Nafion修饰剂加入nano Ag+MWCNTs后，GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs 的电荷移动电阻（Rct=800Ω）又急剧下降。由此可知，不同电极传递电荷的难易程度（由易到难）为：GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs

图3-8 Fe（CN）63-/4-在不同电极上的循环伏安曲线图 图3-9 Fe（CN）63-/4-在不同电极上的交流阻抗图

3、 计时电量法测定修饰电极表面吸附量

由图3-10可见，随着扫描次数的增加，峰电流逐渐下降，最后达到稳定值，说明SCN_在电极上具有吸附性。这与前面的富集时间的影响的实验结果是一致的。

图3-10 SCN-在GCE/Nafion-Ag+MWCNTs 修饰电极上的连续循环伏安图

Anson及同事提出了电势阶跃实验的另一分析模式―计时电量法[1]，它记录了电流的积分，即电量对时间的关系Q（t）。近年来计时电量法可用来测定电子反应数n，电极的实际面积A及扩散系数D0，在研究电活性物质的吸附作用时也特别有用。根据Cottrell方程式表示：i（t）=。对极限电流积分可得Qd=。实际的电量Q还有来自双层充电和氧化吸附的某种还原态的电量，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为对双电层充电的电量，c0为SCN_的浓度，D0为扩散系数，nFAΓ为表面法拉第电量。因此，通过Q（t τ）对θ（θ=[τ1/2+（t -τ）1/2-t1/2]）作图，所得两条直线截距之差就是nFAΓ。图3.11 A和B分别为双电势阶跃实验的计时电量响应曲线和计时电量线性关系图，图中截距之差nFAΓ为3.635 μC，而A=7.065×10-2 cm2由此可求出表面吸附量Γ为2.67×10-10 mol.cm-2。

图3.11 双电势阶跃实验的计时电量响应（A）及计时电量线性关系图（B）

4、 扫描速率对峰电流和峰电位的影响

如图3-13 所示， 用线性电势扫描伏安法考察了扫描速率υ对SCN-峰电流ipa 的影响，峰电流ipa 随着扫描速度υ的增大而缓慢增大， 最后趋于平缓。而图3-12所示，随着扫描速率 υ 的增加，氧化峰电位 Epa 逐渐正移，本文循环伏安法采用100 mV/s 的扫速。

图3-12 扫描速率对峰电位的影响 图3-13 扫描速率对峰电流的影响

扫速从里到外依次为：10， 40， 70， 100， 150， 200， 250， 300， 350， 400， 500， 600， 700，800 mV/s

（三）电极反应机理推断

图3-14为修饰电极在不同SCN_浓度中的循环伏安图，由图可知，在空白底液中出现了一对可逆性较好的氧化还原峰，这对氧化还原峰是修饰电极表面：AgAg+之间的转化；在SCN_存在下，氧化峰电位和还原峰电位明显负移，且随着SCN_浓度的增大，氧化峰电流先减小后增大，还原峰电流逐渐减少，这是因为修饰电极表面的纳米Ag被氧化成的Ag+离子与溶液中的SCN_结合生成[Ag（SCN_）]n1-n，且随着SCN_浓度的增大，其与Ag+结合的程度增大，促使Ag==Ag+反应向右边移动，导致氧化峰电流先减小后增大，而Ag+浓度的减少导致了还原峰电位的降低。因此，我们认为电极反应机理如下 AgAg+

Ag++ nSCN[Ag（SCN_）]n1-n

具体n值进一步研究。

图3-14 GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs在0.1 mol/L PBS （pH 8.0）中的循环伏安图（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）样品的测定

1、修饰电极在定量分析中的应用

移取已配制好的0.1 mol/L SCN_储备液1 mL于100 mL容量瓶中，稀释至刻度，得0.001 mol/L 的标准溶液，待测。测定时，分别吸取0.001 mol/L 300 μL和0.1 mol/L 40 μL标准溶液用0.1 mol/L PBS （pH 8.0）缓冲溶液稀释至5 mL 得到标准溶液A（60.00 mol/L）和标准溶液B（800.0mol/L），用标准加入法测定并做回收实验。经过换算，标准溶液A和B中SCN_的测定结果表明，每个样品测定5次 RSD

2、样品分析

将适量硫氰酸盐标准溶液与自来水、河水和废水混合后，用所建立的方法进行测定，结果表明回收率在99.02%～106.0%之间。即本实验所研制的GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs 修饰电极可应用于实际样品中对SCN_的测定。

表 3 样品中硫氰酸盐的测定结果（n=3）

三、结论

在pH 为8.0的0.1 mol/L 的 PBS 溶液中，以Nafion 分散的 nano Ag+MWCNTs 修饰玻碳电极（GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs）的氧化峰电位明显负移，说明复合上已羧基化多壁碳纳米管后，纳米银的电活性明显增加，其还原性增强，可用该修饰电极对SCN_进行测定，SCN_在GCE/Nafion+nano Ag+MWCNTs上的电极过程为一具有吸附性的过程，当富集时间为30 s，用微分脉冲伏安法测得峰电流ipa 与SCN-浓度c的关系为：在3.0×10 -6 ～ 6.0×10 -4 mol/L 范围内， ipa （μA） =-3.42167-0.05062 c （10-6 mol/L），相关系数为 0.99739； 在6.0×10 -4～ 5.0×10 -3 mol/L 范围内， ipa （μA） =-16.00845-0.30468 c （10-5 mol/L），相关系数为0.9974，检测限为8.0×10-7 mol/L。对SCN_进行了测定，回收率在97.8% ～ 106.0%之间，结果满意。

参考文献：

[1] 高迎春.银纳米修饰电极的制备及其应用.安微师范大学硕士学位论文.2004，4：1-35.

[2] 孔继川，樊 静，冯素玲. 荧光动力学法测定唾液中痕量硫氰根. 分析测试学报.2006，25（1）：109-111.

[3] 郭东华，刘贤文，王春生，范智慧.异烟酸-吡唑啉酮分光光度法测定硫氰酸根用于油水井间示踪.油田大学.2007，24（12）：304-306.

[4] 李欣.3，5一二澳一PADAP分光光度法测定微量SCN-离子的研究. 化学分析计量.2000，9（2）：33-34.

[5] 柴雅琴，孙志勇，袁 若 ，甘贤雪，许文菊，徐 岚.苯甲醛缩氨基脲铜（Ⅱ）配合物为载体的高选择性硫氰酸根离子电极的研究. 化学学报.2003，61（9）：1511-1515.

[6] 廖家耀，袁 若，柴雅琴，叶光荣，陈时洪. 2′（2呋喃亚甲基）水杨酰腙Schiff碱铜（Ⅱ）配合物为中性载体的高选择性硫氰酸根离子选择电极的研究.西南师范大学学报（自然科学版）. 2006，31（4）：106-109.

篇2

能上《新闻联播》的，肯定是国内外大事！看来这位李教授的研究很了不起，可到底“了不起”在什么地方呢？碳纳米管又是神马东东？哈哈，儿童相见不相识，千万别说你不认识它，它经常会在你的化学考卷里露一脸。

一个球和一个管的故事

碳纳米管，顾名思义，由碳原子组成，它的大小是纳米――也就是10-9米数量级，形状呈管状。区区四个字的名字，涵盖了三个性质，这的确是一个好名字。不过，你知道吗？碳纳米管还有一个名字叫巴基管，这个名字听上去可就土多了，它来源于一个人的名字，这个人叫做巴基・富勒。

巴基・富勒是一个建筑师，以设计未来时代的城市著称。他的代表作艾波卡特坐落于美国佛罗里达州的迪斯尼世界度假区，是这个度假区内除迪斯尼外的第二座主题乐园――未来城市主题乐园。艾波卡特在1982年10月正式开幕，建筑的整体由一个巨大的网格球顶型包裹，周围也都是同样未来派风格的建筑。

在艾波卡特落成后的第3年，1985年，英国化学家哈罗德・克罗托和美国化学家理查德・斯莫利制备出了一种很特别的物质。这种物质的分子由60个碳原子组成，这60个碳原子组成一个足球的形状。看上去和艾波卡特如此之像，再加上克罗托和斯莫利又是巴基・富勒的超级粉丝，于是这种新的物质被命名为富勒烯。在我国，也有人称这种物质为巴基球或足球烯。

我们知道，碳是地球上最重要的元素之一。所有的生物，包括我们人类的身体里，都充满了碳元素。化学家们为了研究碳和碳的化合物，专门开辟了有机化学这一重要的化学领域。化学家们很早就知道，纯净的碳有两种不同的形态――金刚石和石墨，所谓金刚石，就是女士们手上戴着的闪闪发光的钻石；而石墨，是一种黑黑的粉末，是铅笔芯的主要材料。

看上去如此不同的两样东西，居然都是由碳组成的，可见碳的神奇！然而事情还没有完，克罗托和斯莫利的工作带给我们一种全新的认知，碳原子居然还能排列成这个样子！

富勒烯的发现开阔了人们的视野，科学家们开始寻找碳的其他组合方式。功夫不负有心人，1991年，日本物理学家饭岛澄男发现了管状的富勒烯。既然球状的叫巴基球，干脆管状的就叫巴基管吧。这就是我们前面讲到的碳纳米管。在碳纳米管中，每一个碳原子都和其他碳原子一起组成六边形，所有的六边形连接在一起，形成一个管状结构。

制造碳纳米管的最大难题

碳纳米管是一种“超级材料”，它的强度是钢材的300倍，而密度仅仅是钢材的1/6，而且它还拥有良好的柔韧性，可以随意拉伸，被誉为“全能纤维”。碳纳米管有良好的导热性和导电性，也许在不久的将来，它可以取代硅成为计算机芯片的主要材料。

虽然全能，可目前的碳纳米管还只能在实验室中拳打脚踢施展武艺。之所以会这样，是因为想要制造一个碳纳米管实在太困难了！前面那张图里的碳纳米管是一种完美的形状，每个碳原子都和其他的碳原子组成六边形。可是在实际制造碳纳米管的过程中，可没有那么完美了，五边形、六边形、七边形……一个个长得都歪瓜裂枣。这些碳原子会随机组成各种不同的组合，这些不确定的组合会严重影响碳纳米管的性质！人们不知道如何来控制碳纳米管的结构，从而得到性能稳定的成品。这个问题一直困扰了人们20多年。

李彦教授和她的课题组找到了一种很好的方法，可以控制碳纳米管的结构，从而生产出完美的全部六边形的碳纳米管。这一发现，无疑为碳纳米管的深度开发应用奠定了基础。

“全能纤维”也有不少缺点

作为一种超级材料，碳纳米管的应用，无疑能给我们的生活带来很多的便利。不过它也有很多不好的地方。

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关键词：碳纳米管；催化剂；生长速度；载体；基底材料

中图分类号：O59文献标识码：B文章编号：1009-9166（2011）011(C)-0160-01

引言：1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon nanotubes”，即碳纳米管。经过十几年的基础和应用研究，科学家们发现了碳纳米管越来越多的独特的性质。

一、催化剂在不同温度下对碳纳米管生长的影响

温度对碳纳米管生长影响很大：生长温度越高，碳管石墨化程度越好，碳管产量比在低温下高。但过高的温度容易生成五元环的碳结构，导致有缺陷、形状各异的碳管。温度高达3000―3700℃的电弧放电法制备的MWNTs的缺陷多，并与其他副产物如无定形碳、纳米微粒等杂质烧结于一体，不利于随后的分离和提纯；催化裂解法在低温（500―700℃）下能制备质量较好的碳管，可成为碳纳米管工业化生产的重要方法。

二、催化剂颗粒的大小对碳纳米管生长的影响

CNT的生长过程中，碳源在催化剂颗粒表面裂解形成碳核，碳核通过扩散，在催化剂的后表面生长出CNT，同时推着催化剂颗粒前移，直到催化剂颗粒完全被石墨层包覆，催化剂失活，CNT停止生长。催化剂颗粒的尺寸决定着CNT的直径，催化剂颗粒尺寸与CNT的直径呈线性关系。制备单壁碳纳米管的重要条件就是催化剂颗粒的尺寸要小。实验也发现，催化剂颗粒尺寸还影响CNT的生长速度，颗粒越小碳管生长速度越快，生长速度快时，合成的碳纳米管表面干净，排列一致，在范德瓦耳斯力的作用下集聚成束。

三、催化剂载体对碳纳米管生长的影响

吕德义等在载体对CVD法制备碳纳米管的影响实验中，在催化剂Co/Al2O3和Co/SiO2上制备碳纳米管中。每100g催化剂生成的碳纳米管粗产品的量定义为产率。在反应温度范围内，在催化剂Co／Al2O3上，产率随反应温度的变化是先随温度升高而增加，650℃是最佳反应温度，其产率为457g／100g•cat。当温度大于650℃时，产率随反应温度升高而下降。在催化剂Co／SiO2上，当反应温度低于800℃时，产率基本不随反应温度变化，仅当温度大于8O0℃以后，产率才略有增加。实验结果表明，在CVD法制备碳纳米管中，载体对碳纳米管的产率有明显的影响。

四、催化剂的不同配比对碳纳米管生长的影响

朱燕娟在催化剂的配比对碳纳米管生长的影响实验中用两种方法制备了B、C系列催化剂。B系列：将纳米Co粉（平均粒径28nm）与石墨粉固相搅拌混合形成混合型催化剂系列，据Co粉所占比例不同分别为B1（纳米Co/石墨比例为1:9）B2（纳米Co/石墨比例为1.5:8.5）B3（纳米Co/石墨比例为3:7）。C系列：按具有自主知识产权的方法制得SiO2负载NiO复合粉体形成粉状负载型催化剂系列，据配比原料正硅酸乙酯与硝酸镍的物质的量比不同分为C1（n（Si）:n（Ni）为1:8）C2（n（Si）:n（Ni）为1:12）C3（n（Si）:n（Ni）为1:14）。

实验表明纳米Co粉占15%的催化剂B2上生长的碳纳米管粗产物只有少量管径不一的碳纳米管生成，其余大部分是块状团聚物。

五、基底材料对碳纳米管生长的影响

王志等在以Fe3O4纳米粒子为催化剂，分别在多空硅、Si（111）和石英片基底上制备了碳纳米管。实验中在Si（111）表面上生长碳纳米管显示了杂乱生长的碳纳米管，生长较为稀疏，在碳纳米管的顶端可以看到白色的催化剂颗粒，直径l0―100nm，样品的EDX分析表明存在Fe元素。实验中在粗糙石英片上生成了大面积无序密集的碳纳米管，直径20―100nm，样品表面的EDX未发现Fe元素的存在。对比在多孔硅上制备的阵列碳纳米管，可以认为：基底对碳纳米管的密度和取向性有着重要影响，只有在多孔硅基底上应用Fe304纳米粒子实现了碳纳米管的定向生长，而其他两种基底生长取向混乱，直径不均匀，质量较差。

结语：在碳纳米管的制备过程中，催化剂是碳纳米管合成的关键因素。催化剂的选取、催化剂在不同温度下、催化剂颗粒的大小，催化剂载体，催化剂的不同配比，基底材料等都对碳纳米管的生长速度、排列密度、管径的大小、产率等有很大的影响。

作者单位：信阳师范学院.物理电子工程学院

参考文献：

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

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关键词：吸附；碳纳米管；净水材料

中图分类号：TQ08 文献标识码：A

目前常用的饮用水的深度处理材料是粉末活性炭（PAC），但PAC净水存在微生物泄漏使水二次污染的问题。近年来，纳米水处理技术在国内外取得了一定的效果。纳米材料，如碳纳米管（CNTs），具有特殊的水处理能力并且能够有效地去除化学污染物和生物污染物。CNTs作为吸附剂，能够去除重金属离子，有机物如多环芳香烃，细菌及蓝藻毒素等污染物。本文对CNTs作为净水材料的的特性及应用前景进行分析。

1 CNTs的材料特性

CNTs是一种新型纳米材料，是由石墨原子单层绕同轴缠绕而成或由单层石墨圆筒沿同轴层层套构而成的管状物，其直径一般在一到几十个纳米之间，长度远大于其直径。几十个到几百个独立的纳米管在范德华引力的作用下粘结在一起形成聚合孔，这些聚合孔能提供非常大的比表面积，可以吸附细菌和病毒等污染物。CNTs的吸附可发生在四个区域，这四个区域分别是：CNTs相通的中空结构，管与管之间的空隙，纳米管束的边界或纳米管的外表面。原始CNTs具有自然的内在细胞毒素，可以防止病原体在它的表面生长并且有可能增强CNTs吸附过滤器的自净能力，而PAC过滤器表面生长病原微生物并且形成微生物的膜，会导致微生物在水中泄漏污染水源。经过单壁和多壁的CNTs处理后细菌的生理受到损害，这表明病原体不会在碳纳米管过滤器积累，并且这些溶解性的细胞经过反冲洗可以去除。也就是说，细胞毒素对提高微生物的去除效率有间接作用，因为CNTs能够同时吸附和灭活病原体而其它以碳为基础的过滤器只能够吸附病原体。因此从CNTS的材料特性上来说，它是一种水处理的良好材料。

2 碳纳米管净水材料的应用

2.1 应用成本

在实验室中利用化学气相沉积反应器生产CNTs技术已经很成熟了，相同的方法在工业上也得到了应用。Agboola等人利用化学气象沉积-活塞式流动反应器或化学气象沉积-流化床反应器方法制造具有595kg/h生产率的CNTs，平均成本为每千克25美元到28美元。Qiang 等人不断尝试应用低成本的碳氢化合物分解生产炭纳米管，更便宜的碳材料如液化石油气，试图利用它代替纯炭（如一氧化碳、甲烷、乙烯等）进行大规模生产并且获得的纯度高达97%。CNTs大规模生产已经接近商业化，并且CNTs技术已经在小型饮用水系统得到了应用。因此从成本上来讲，如将CNTs吸附用于小型水厂或家庭用户分散用水系统，成本也许不是主要考虑因素。

2.2 操作的可行性与稳定性

使用CNTs的优势就是具有大通过率和合适的低压力。Mostafavi等人和 Brady-Estevez等人的研究表明在压力小于11Pa时能够彻底去除水系统中的病毒和细菌颗粒，CNTs的能量消耗成本相比于碳纳米管膜系统低些。另一方面，CNTs膜系统具有优异的稳定性，CNTs膜系统能够承受一个大气压的压力差。因些CNTs设备具有良好的可操作性和稳定性。

2.3 分离能力

Brady-Estevez等人的研究表明通过CNTs膜的透水性比传统的聚酯酸钠膜高几个数量级。水能通过CNTs内部狭窄的通道而其它像微生物这样较大的污染物就无法通过。CNTs对水中的细菌和病毒的去除很有效。Mostafavi 等人研究了CNTs基于纳米过滤器床可以去除水中的病毒。CNTs过滤器通过喷雾热解技术处理水中的病毒，在压力为8～10Pa时对病毒颗粒的最好去除浓度为107-108 PFU/mL。当系统压力达到11Pa时通过CNTs过滤器的水的速度增加，但是大量的病毒颗粒的速度传递使过滤器上剩余的病毒颗粒浓度很低，以致它们的渗透率很低。CNTs过滤器去除病毒颗粒主要依赖于单壁碳纳米管涂层的厚度，这就是深度过滤的过程，即所有颗粒都被CNTs过滤器的上层去除。较小的病毒颗粒通过对流扩散的方式进入过滤器中并且即使低压下高通量率也能获得。因此CNTs 过滤器具有良好的分离性能。

2.4 可复用性

重复使用CNTs过滤器是处理厂从经济角度考虑的关键因素。Brady-Estevez等人的研究证明了CNTs可重复利用。像醋酸纤维过滤器这样的几种聚合过滤器具有不可逆转表面性质的变化，所以对细菌有强烈的吸附能力。另一方面，CNTs过虑器具有优异的力学性能阻止此种过程。此外，CNTs过滤器可以应用简单的热再生技术，而聚合物膜却不能。另外Su的研究表明，CNTs过滤器对生物污染物重复处理后的重量比活性炭过滤器重量的减少程度小，这表明CNTs过滤器比活性炭过虑器的应用成本小。此外，CNTs自然的细胞毒素使其表面没有病原菌的积聚，不像活性炭过滤器，它更容易的到再生。因此CNTs的可重复利用性高。

结语

CNTs已经被证明对水系统中多种污染物有很强的去除能力，CNTs过滤器可以用于饮用水系统的终端处理。CNTs具有良好的操作可生性与稳定性，另外分离能力强，可重得利用率高。基于CNTs材料的良好性能，在小型水处理系统CNTs有良好的应用前景，由于处理效率高，可以不考虑成本。

参考文献

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【关键词】碳纳米管 分散 力学性能 参数变化

碳纳米管虽然具有诸多优异性能，并能显著增强材料的各项性能，但本身作为高分子材料，分子量较小，管径很小，比表面积大，表面能大，非常容易团聚在一起，这样则会产生反效果（如D1所示），尤其是对碳纳米管的复合材料而言，这些团聚起来的碳纳米管管径小以难分散开，同时材料中也会出现应力集中点，会削弱材料性能，因此在使用碳纳米管增强材料的性能及应用在其他方面都必须要将碳纳米管完全分散以达到最佳的使用效果。

1 碳纳米管分散

碳纳米管的分散主要使用物理或者化学方法。团聚体的分散方法主要包括机械搅拌、添加表面活性剂、超声波处理等，所以对碳纳米管的分散方法也主要由这些方法发展而来，物理方法主要有碾磨、球磨、超声波等；化学方法主要有添加表面活性剂、强酸强碱洗涤等；还可采用原位合成法制备碳纳米管复合材料。

1.1 强酸洗涤

碳纳米管表面存在一些缺陷，而通过使用强酸强碱的强氧化性可将其溶断，再将它们分散[1]。强酸洗涤可以把团聚体表面的碳纳米管溶断分散，但无法进入团聚体内部，因此溶液中也就会存在微小的碳纳米管团聚，需要额外的工序将其去除。

1.2 聚合物溶剂

于作龙[2]等公开了一种分散碳纳米管的方法，即先把碳纳米管加到具有一定粘度的聚合物溶体中，然后通过研磨装置把碳纳米管均匀分散在聚合物中，同时碳纳米管也会在摩擦力和聚合物内部的剪力等作用下被截断，最后去除聚合物即可。但使用这种方法无法解决团聚问题，所以效果并不是很好。

1.3 超声波分散

超声波处理的作用可分为两方面：一是由于多壁碳纳米管的管壁上存在着小洞样子的缺陷，运用超声波处理可以使得碳纳米管从缺陷处被震断缩短从而进行分散。不过可以预见的是在震断的同时也会将碳纳米管团聚物震的更加紧实，反而更加难以分散。二是在溶液中的产生了大量微小气泡，通过这些气泡“炸开”产生的具有较大能量的冲击波使得周围依靠范德华力结合在一起的碳纳米管被震开，这样也就达到了分散的目的。

1.4 原位生长合成法

原位生长合成法是通过碳纳米管制备工艺，以化学气相沉积法为主，在基体材料表面原位生长出碳纳米管，甚至是定向排列的碳纳米管[3]。使用此方法可以在制备碳纳米管的同时就分散，这样就避免了碳纳米管的团聚。但是该方法工艺繁杂限制条件很多而且不容易控制，并且制备出的复合材料致密度较低，反而无法凸显出碳纳米管的优越性能。

1.5 表面修饰法

目前常用的修饰法分共价修饰法与表面活性剂（SAA）非共价修饰法两种。

共价化学修饰法就是把碳管表面氧化或引进有机官能团从而修饰碳纳米管表面[4]，主要分为强氧化剂处理法、酯化修饰法、烷基化修饰法等。这种方法可使碳纳米管表面或被缩短的碳纳米管末端的打开，使其末端含有一定数量的活性基团如羟基等。这样不仅增加了碳纳米管的亲水性使其易溶于水等溶液中，而且为与其它物质或基团反应提供了基础，进而可与亲水基体材料产生较好复合均匀度和黏结界面强度。

而表面活性剂非共价修饰法在有效分散碳纳米管的同时不会对碳纳米管的性能产生负面影响[5]。表面活性剂分为离子型与非离子型两种。不论哪种表面活性剂都会吸附包裹在碳纳米管表面，而不会破坏碳纳米管的结构，离子型表面活性剂吸附在碳纳米管表面，主要依靠亲水基团之间的静电斥力阻止碳纳米管之间的聚集，非离子型表面活性剂|碳纳米管分散体系也是基于吸附机理，而其头基和尾基杂乱、随机地吸附在的管壁上保持体系稳定。

1.6 应用情况

目前，碳纳米管的分散方法包括机械搅拌法、超声处理法、电场诱导法、表面修饰法（共价修饰、非共价修饰）等，但单一方法都存在无法去除团聚的缺陷，所以在实际运用中多注重以上几种方法的综合使用。

2 力学性能

碳纳米管基材料有多种应用方式，主要应用于塑料，电气原件，以及金属基中可以显著提升它们自身的性能，为当下要求越来越高的设备提供优秀的原件以便使用。下面以水泥基为例，研究加入MWCNTs后它各项力学性能的变化。

2.1 抗压强度

韩瑜在他2012-2013年中所做的试验中，在控制水灰比为0.35的情况下，随着碳纳米管用量的增加，比较了水泥抗压强度的不同。

实验测试了六组试件（N0-N5，其中N0为空白对照组），MWCNTs的用量分别为0.00、0.05、0.08、0.10、0.12、0.15（wt%），同时分散剂GA的用量也成比例增加，分别为0.00、0.30、0.48、0.60、0.72、0.90（%），TBP均为0.13%，在这样的情况下，抗压强度分别为77.4、82.9、83.1、84.5、80.8、73.0（MPa），N1-N5对比N0得抗压强度增长分别为7.1、7.4、9.2、4.4、-5.7（%）。

有上述数据可以看出，加入MWCNTs后水净泥浆的抗压强度得到显著增强，在MWCNTs的用量为0.1wt%时，水泥的抗压强度达到最高为84.5MPa，与空白试件相比提升了9.2%，然后随着MWCNTs用量的增加，试件抗压强度反而下降甚至低于空白试件，这种现象应是碳纳米管用量过多导致团聚造成的。

2.2 抗折强度

在测试抗折强度时，仍然控制水灰比为0.35，测试了六组试件（N0-N5），MWCNTs、GA、TBP的用量与测试抗压强度一致。在这情况下，测得其抗折强度分别为11.0、11.7、15.8、15.0、13.1、10.5（MPa），N1-N5与N0对比抗折强度的增幅分别为6.4、43.6、36.4、19.1、-4.5（%）。[6]

抗折强度变化趋势和抗压强度类似，不过提升更为明显，当MWCNTs用量为0.08wt%时，试件N2的抗折强度最高为15.8，与空白试件相比提升了43.6%。

3 参数变化的影响

除基本的力学性能外，掺量及时间等参数对于水泥基碳纳米管的力学性能也有着较大的影响。

3.1 掺量变化

当随着MWCNTs加入后，试件的力学强度提升显著。砂浆的抗压强度随着碳纳米管的掺量增加而增强，当掺量为0.1wt%时，抗压强度达到峰值89.4MPAa，较空白试件提升21.6%，之后随着碳纳米管的掺量增加而降低。抗折强度的变化情况与其类似，当MWCNTs掺量为0.8wt%时，试件的抗折强度达到峰值，较空白试件提升38.5%，但随后降低趋势较抗压强度更平缓。

3.2 时间变化

实验测试碳纳米管掺量不同对于水泥砂浆的力学强度随龄期变化的结果如图2所示。

由实验结果可得抗折强度的大小随龄期增长而增大。当龄期为7天时试件H3强度最大，其他试件且均高于空白试件。在7天到28天之间，试件H2和H3的增幅最快，不过在56天龄期时，抗折强度仅略高于28天时的测量值。其它试件普遍在28天到56天龄期时增长较快。

实验测试碳纳米管掺量不同对于水泥砂浆的抗压强度随龄期变化的结果如图3所示。由实验结果可得，抗压强度的大小也随龄期增长而增大。在龄期为7天时，试件H1、H2与空白试件相差不大。且在龄期到28天之前，除了试件H1、H2，其他均有较明显的增长。在龄期在28天到56天之间，除了H5、H6其他试件均没有明显增长。

由上图可知，随着MWCNTs掺量的增加，水泥基材料的龄期在不断减小，但H3为一个转折点，当用量大于H3的用量时，龄期反而增加。

4 结语

综上所述，尽管碳纳米管有着极其卓越的性能但由于它分子量小，容易在材料中形成团聚导致应力集中反而会降低材料性能，所以应当多种分散方法并用达到最佳的使用效果。同时在水泥基试验中可以看出，碳纳米管的掺量应当适量，过少效果不易体现，过多则会团聚降低材料性能。

参考文献：

[1]武玺旺，肖建中，夏风，胡永刚，彭周. 碳纳米管的分散方法与分散机理[J].材料导报，2011，09：16-19.

[2]于作龙，陈利，张伯兰，等.一种截断碳纳米管的方法：中国，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，杨德安.聚合物基复合材料制备中碳纳米管的分散方法[J].材料导报，2007，21（VB）：99-101.

篇6

关键词：碳纳米管；增韧；氮化硅陶瓷；复合材料

碳纳米管主要是由单层或者是多层圆柱石墨片而组成的，所以碳纳米管分为单壁和多壁之分[1]。当前，碳纳米管增韧氮化硅陶瓷作为复合材料，需要人们加大对其的研究力度，进而提升材料的抗热震性能，并加强其材料的应用，使得碳纳米管氮化硅陶瓷复合材料的增韧性有明显提升。

1实验

1.1原料

本次对碳纳米管增韧氮化硅陶瓷复合材料进行研究过程中，试验原料包含氮化硅（Si3N4）、氧化钇（Y2O3）、氧化铝（Al2O3）、乙醇（C2H2）、石墨纸（C）、氮气（N2）。SiN4是上海硅酸盐研究所生产的，的含量超过85%，而且费氏粒度达到1.2μm，在实验过程中，在碳纳米管内加入浓硝酸和浓硫酸混合液，配比为3：1。在碳纳米管中加入添加剂MgO和CeO2，试样原料的配比具体如表1所示。

1.2工艺流程

实验人员预先对碳纳米管进行处理，按照一定比例予以分配，在塑料筒内将酒精和硬质的合金球加以湿磨处理，磨好后的混合料在干燥的环境下过筛[2]。此外，称取少量的粉末，将其放入石墨模具中，按照设定的烧结工艺其进行烧结，最后，对烧结试样的硬度、密度和韧性等指标予以测量，并利用显微镜对试样断面的显微结构和晶相结构予以分析[3]。在烧结过程中，利用热压烧结方式，以15℃/min的速度将温度分别升至1600℃、1650℃、1700℃、1750℃，保温1h，在氮气保护下，保证压力为30Mpa，然后炉内的温度在自然状态下与室内温度一致。

1.3测试

对试样的测试方法具体如下：密度根据国标GB2413-18，并结合阿基米德定律，测量干燥试样的质量m1，试样吸水饱和质量为m2，在水中的质量为m3，然后代入公式求得试样体积密度ρ0=m1ρ0/（m2-m3），其中，ρ0为室温下液体水的密度，根据室温查有关表查得ρ0值[4]。烧结试样的理论密度计算公式为：1/d=n1/d1+n2/d2+n3/d3......+nm/dm），然后利用排水法测量密度，除以理论密度就能够求得试样的相对密度[5]。测量材料的断裂韧性和硬度需要采用压痕法，本次加载压力为1kg，加载时间为40s，断裂韧性的计算公式为KIC=0.016（E/HV）1/2P/b3/2。式中的Hv是硬度，GPa；E为弹性模量，MPa，P为载荷，N；B为裂纹半长，单位是mm。通过用扫描电镜对断口形貌，在测试时，加速电压为25kV，粉分辨率为6nm。

2结果与讨论

2.1氮化硅陶瓷复合材料的力学性能

通过对碳纳米管进行试验研究表明，当烧结温度为1600℃、1650℃、1700℃时，试样的硬度和密度随着碳纳米管的的加入而减少，碳纳米管的加入不利于改善氮化硅陶瓷复合材料性能。烧结温度为1750℃，在碳纳米管中加入0.99%试样，其断裂韧性和硬度最佳，分别为7.47MPa°m1/2和16GPa，与未加入相比，提升了6%。如果碳纳米管的加入量增加时，试样的力学性能下降，氮化硅陶瓷的烧结温度提升[6]。

2.2氮化硅陶瓷复合材料的显微结构

通过对氮化硅陶瓷复合材料结构进行显微观察，晶粒发育比较良好，致密度也很高，而且有细长柱状的β-SiN3和等轴状的α-SiN。

2.3实验结果分析

通过实验结果表明，碳纳米管的作用主要为如下几个方面，第一，能够进行氮化硅陶瓷材料的孔隙，复合材料的致密度低。第二，在烧结过程中，碳纳米管能够阻碍复合材料的融合，降低致密度。如果碳纳米管的含量低，可以被氮化硅粉末分散，达到填充的效果，避免结团；当其含量增加时，致密度下降。如果碳纳米管的加入量少于1%，氮化硅材料的纤维和致密度、硬度都增加；若加入量少于2%，致密度下降，并出现碳纳米管粘连的现象，纤维长径比减小，隔断了氮化硅的连续性。在本次实验中，碳纳米管的最佳加入量为1%。试验的断裂为沿晶断裂，而且碳纳米管分布不均匀，粘结较少，在断口处能将碳纳米管拔出。此外，碳纳米管和氮化硅的热膨胀匹配性较好[7]。

3结束语

在1700℃热压下进行烧结，并配合MgO和CeO2复合烧助剂的使用，能够降低烧结温度，获取高致密度的SiN4制品。烧结温度为1600℃、1650℃、1700℃时，碳纳米管增加，但氮化硅陶瓷的相对硬度和密度减少，如果碳纳米管含量为0.99%，则氮化硅陶瓷复合材料的韧性提升6%，如果过度的增加，将起到相反效果。碳纳米管增韧氮化硅复合材料主要靠纤维拔出机制，从而提升氮化硅陶瓷的韧性[8]。

参考文献

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[2]张蕾.氮化硅及碳化硅陶瓷复合材料高温压缩变形行为的研究[D].哈尔滨工业大学，2010.

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[4]王贺云.碳复合氮化硅陶瓷材料的制备与性能研究[D].中国科学院大学，2014.

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关键词 亚硝酸盐；多壁碳纳米管；聚丙烯酸；安培法

中图分类号O64 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）55-0096-02

0 引言

亚硝酸盐主要指亚硝酸钠，常用作食品添加剂，但亚硝酸盐对人体有害，其有致癌及导致组织缺氧性损害的作用[1]，所以，亚硝酸盐的检测一直是食品、水质和环境监测中一个很重要的项目。

目前，检测亚硝酸盐的方法主要有紫外-可见光谱法、红外光谱法高效液相色谱法以及电分析方法[2，3]等，其中电化学方法由于其方便，快速，成本低，灵敏度高而被广泛研究。

本文用PAA分散多壁碳纳米管，滴涂到玻碳电极上制备了聚丙烯酸、多壁碳纳米管修饰玻碳电极（MWCNTs / PAA /GCE），优化了亚硝酸盐在MWCNTs / PAA /GCE的电化学反应实验条件，将该体系用于实际样品中亚硝酸盐的检测，并与光度法测定结果对比，结果令人满意。

1 实验部分

1.1 实验仪器和主要试剂

CHI660c电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)。电化学测量采用三电极系统，工作电极为壁碳纳米管/聚丙烯酸电极修饰的玻碳电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为辅助电极。pHS-3C型数字酸度计(上海雷磁仪器厂)；85-2恒温磁力搅拌器(常州国华电器有线公司)；超声波洗涤槽(上海超声波仪器厂)；扫描电子显微镜（SEM）（QUANTA-200，FEI.Co，Holond）。

多壁碳纳米管（MWNTs）(成都时代纳米有限责任公司)；聚丙烯酸（PAA）（百灵威公司）；亚硝酸钠溶液（购于天津市科密欧化学试剂公司产品）直接溶于水配制成0.1mol/L的储备液，使用时用二次蒸馏水稀释至所需浓度；实验中所用的支持电解质均为0.1mol/L 磷酸缓冲液（PBS）。试剂均为分析纯，所有溶液采用二次蒸馏水配制。

1.2 聚丙烯酸修饰多壁碳纳米管的制备

水溶性MWNTs的制备与文献[7]基本一致。取10μLPAA/ MWNTs分散液滴涂到预处理好的玻碳电极表面，在红外灯下烘干，即可制得MWCNTs-PAA/GCE。

1.3 实验方法

以MWCNTs-PAA/GCE为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为辅助电极，在5mL的小烧杯中，加入一定量的亚硝酸钠储备液，用0.1mol/L的PBS缓冲液稀释，开路富集65s后，在电位0V~1.0V区间内，以扫描速度ν=80mV/s进行DPV、CV、LSV等测定。每次测定完后，将电极置于0.1mol/l的PBS（pH=5.6）溶液中， 在电位-1.0V~1.0V区间内以80 mV/s的扫速循环伏安扫描10圈，即可活化再生电极。

1.4 样品处理

实际样品的处理按照中华人民共和国国家标准―食品中亚硝酸盐和硝酸盐的测定方法[8]进行。称取5g双汇牌香肠（产品标准号：GB/T20712）绞碎均匀，加入12.5mL硼砂饱和溶液搅拌均匀，用150mL、70℃的水将试样全部洗入250mL容量瓶中，置于沸水中加热15min，轻轻摇动下加2.5mL硫酸锌溶液，冷却至室温后，加水至刻度，放置30min，除去上层脂肪，清液用滤纸过滤，弃去初滤液10mL，滤液置于冰箱中保存备用。

2 结果与讨论

2.1 亚硝酸钠在MWNTs-PAA复合膜修饰电极上的电化学响应

亚硝酸钠在MWCNTs/PAA/GCE上的循环伏安扫描响应见图1。可以看出，与空白溶液相比，亚硝酸钠在0.732V附近出现一个灵敏的氧化峰，并且无还原峰出现。这说明亚硝酸钠在MWNTs/PAA复合膜修饰电上的电化学氧化是一个完全不可逆的电化学过程。

循环伏安扫描响应

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

图2为亚硝酸钠在空白溶液(曲线a)、裸电极（曲线b）和MWCNTs/PAA/GCE（曲线c）上产生的DPV响应。可以看出曲线c的氧化峰和曲线b相比，峰电流明显增大。这表明，在MWNTs/PAA/GCE膜中，碳纳米管的作用是形成大量的纳米孔状导电结构，从而有效增大电极的比表面积，使更多的亚硝酸根离子吸附在电极表面进行电化学氧化，产生较大的电流响应。因此，所制备的MWNTs/PAA/GCE膜对亚硝酸钠的氧化起到了较好的催化和增敏作用。

2.2 工作曲线、检出限及重现性

在优化实验条件下，比较了在连续加入1.0×10-5mol/L、1.0×10-4mol/L、1.0×10-3mol/L、1.0×10-2mol/L亚硝酸钠标准溶液时安培响应信号的改变情况。如图4所示。由内置图可以看到，电流与亚硝酸根离子浓度有很好的线性关系。其线性回归方程为：Ip = 1.08c-1.45（R=0.999），其检出限值为4.0×10-8mol/L，线性范围：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 食品中亚硝酸盐的检测

我们使用该电极在优化条件下测定了双汇牌香肠（产品标准号：GB/T20712）中亚硝酸盐的含量为0.18 mg/kg，回收率达95.23%。测定结果与分光光度法测定进行比较，与文献[4]一致。

3 结论

采用聚丙烯酸分散多壁碳纳米管，制备了MWCNTS/PAA/GCE，MWCNTS/PAA/GCE对亚硝酸钠的氧化起到催化和增敏作用，与其它分析检测手段相比，扩展了亚硝酸根离子的检测范围（1.0×10-6mol/L~2.0×10-4mol/L），检出限达到4.0×10-8mol/L。亚硝酸盐在MWCNTS/PAA/GCE上发生的是不可逆的氧化还原反应，该方法有操作简单，所用样品量少，灵敏度高，重现性好，检测限低等优点。可望发展快速、准确地测定各种食品中亚硝酸盐含量的新途径。

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

参考文献

[1]吴成军.食盐浓度和发酵时间对泡菜中亚硝酸盐含量的影响[J].生物学教学，2006(3)：55-56.

[2]高岐.尿素一铁氰化钾一鲁米诺化学发光法测定亚硝酸盐[J].分析化学，2002，30：812-814.

篇8

关键词：环氧树脂 导电涂料 碳纳米管

中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0103-02

石油储罐多为钢罐，钢铁极易腐蚀，为了延长储罐使用寿命。必须要对罐体进行保护用使用涂料保护金属油罐是一种经济合理、简便易行的方法。导电涂料是近20多年来迅速发展起来的一种功能性涂料，应用于石油储运设备，可有效避免由于静电引起的火灾爆炸事故。导电防腐涂料在油品储罐中是十分重要的。针对碳纳米管改性环氧树脂导电涂料在大型储备油罐中的特定用途，本文对碳纳米管改性环氧树脂导电涂料的性能进行研究，系统研究了不同固化条件下碳纳米管改性环氧树脂导电涂料玻璃化温度、冲击强度、导电性能、弹性模量的影响。

1 主要原料及测试仪器

2 导电涂料的制备

本研究中碳纳米管改性环氧树脂导电涂料分为A、B两组分A组分为改性的碳纳米管环氧树脂为成膜物的导电物质涂料，B组分为固化剂。（见图1）

将A、B组分按一定比例均匀混合，用稀释剂稀释到合适粘度，用喷涂方式涂布于马口铁板充分固化后，按照GB16906-1997和GB13348要求的国家相应标准进行涂料各项性能的检测。GR/T 9286-1998测定涂层附着力；GR/T1731-793测定涂层柔韧性；GR/T1732-93测定涂层耐冲击强度；GB/T1763-1979（89）测定涂层耐化学试剂性；以成膜剂、复合导电体系和填料为水平表，以附着力和导电率为观察值确定最佳参数。通过正交试验，确定最佳配比的基础配方。

3 结果与讨论

3.1 固化行为对涂料主要力学性能和导电性能的影响

不同固化条件下导电涂料的物理机械性能也不同，其附着力和电阻率的变化见表1。

从表1和表2可以看出，24 ℃/24 h导电涂料的附着力和冲击强度值最低，这是因为导电涂料固化不完全导致的，由于固化时间短涂料的的交联密度低，导电填料粒子搭接成链状或网状三维立体导电结构，所以涂料的导电率也较高。随着固化时间的延长，涂料交联密度逐渐提高，涂料中的导电粒子浓度达到渗流值后，内聚强度随之增大，附着力也逐渐增强，导电体之间的交联变小，电阻率随之下降。当涂料24 ℃固化3 d，交联密度增大，附着力达到最高值，但是此时涂料固化并不完全，导电填料粒子之间的交联密度不断缩小，电阻率不断下降。当导电涂料24 ℃固化7 d，固化完全，但是附着力已经达到最高，而且交联密度也不再发生变化，电阻率变得稳定。涂料24 ℃固化10 d，由于导电涂料已经固化完全，因此附着力和电阻率与当导电涂料24 ℃固化7 d时相同，不在发生变化。说明导电涂料在24 ℃固化7 d可达到最佳状态。

3.2 固化行为对玻璃转化温度、交联密度、弹性模量的影响

涂料面漆和底漆固化行为与涂料玻璃转化温度和25℃时的交联密度及弹性模量的关系如表3和表4所示

从表3和表4可见，由于24 ℃/24 h固化时间短，所以固化不完全，导电涂料的交联密度、玻璃化温度和弹性模量均较低，随着固化时间的增加，导电涂料逐渐完全固化，玻璃化温度、弹性模量也随之增大，此时联密度达到最低值。涂料在24 ℃固化3 d，导电涂料的交联密度、玻璃化温度和弹性模量都达到较高的值，导电涂料固化程度更高。涂料在24 ℃固化7 d，导电涂料达到固化完全，与24 ℃固化10 d相比，面漆和底漆，导电涂料的交联密度、玻璃化温度和弹性模量均不发生变化。说明涂料已经完全固化。

4 结语

（1）通过各组分的选择，最终利用正交试验配备了导电涂料基出配方。

（2）导电涂料在不同固化条件下的交联密度、玻璃化温度、弹性模量及基本力学性能的研究表明，涂料在24℃固化7 d可以达到固化完全，不仅可以获得较好的力学性能，而且具有较好的导电性能。

参考文献

[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.导电涂料的发展动向[J].现代涂料与涂装，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

【关键词】添加；碳纳米管；镁基材料；储氢

0 引言

氢气作为一种较为重要的清洁能源，有着较大的应用市场。氢气的储存是制约现阶段氢气生产的主要因素之一，传统的氢气储存方法，由于受到储存压力、储存量等多方面因素的影响，已经不能满足现阶段氢气生产的要求，所以研究出一项新式的氢气储存装置已成为现阶段研究的较为热点的话题之一。碳纳米管镁基材料是现阶段一种非常良好的氢气储存材料，成本较低且储存的能力较强，非常适合现阶段大批量的进行氢气的生产。

碳纳米管镁基材料在很大程度上保持了镁基材料原有的优点，是一种镁基复合物，具有充放氢速度快，储量较大的优点。同时碳纳米管也是一种新型的材料，具有着较为特殊的分子构造，其热稳定性与导热性是原有的储氢材料不能相比的，同时也具有一定的吸氢的能力，这就给碳纳米管作为一种良好的镁基材料添加剂提供了可能。

本文笔者主要从众多的镁基储氢材料中，筛选出具有良好吸放氢性能的镁基纳米复合物MgNiMnO作为添加碳纳米管实验样品，研究添加碳纳米管后，其储氢性能及其温度的变化情况。

1. 碳纳米管镁基材料实验研究

实验所用的材料有：纯度大于百分之九十九的镁粉，镁粒的直径在七十五纳米左右；纯度大于百分之九十九点五的NI粉，其直径也在七十五纳米左右。所用的碳纳米管主要为某机械设备厂所生产，其直径在十到三十纳米之间，将镍粉、镁粉及氧化锰等按照质量分为为94：3：3进行配比，配比得到的混合粉末的质量为二十克，然后再分别加入0.2g、0.05g的碳纳米管进行充分的混合，最后得到含有不同质量的两种混合粉末。在整个配比的过程中需要在完全的充满氩气的环境中进行。

配比结束之后，进行充分的机械磨球操作，在整个磨球的过程中氢气总体的消耗的速度较快，因此，实验人员应当及时的给整个磨球管中进行氢气的补充，同时每隔二十小时左右，进行取样操作，用于稍后的比较分析。整个过程也需要在充满氩气的环境中进行，以防止配比的样品出现氧化。在不同的磨球时间段内进行取样操作，然后将取样的结果进行X射线的衍射实验分析。

2. 实验的结果与分析

2.1实验的磨球过程

图1为在不同的时间下磨球之后所得样品的X射线衍射光谱。从图1中我们可以看出，在充满氢气的环境下进行磨球，原有的样品在磨球的整个过程中，不断的发生者吸氢的反应，最终生成了氢化镁，同时随着磨球时间的延长，所得到的氢化镁的比例也逐渐的增多。同时镁金属也随着磨球时间的延长而不断的减少。同时通过图1也可以看出，整个过程中并没有镍的化合物生成。出现该现象的主要原因有镍元素的总含量较小，另一个原因为在氢气的全面保护之下，在球磨过程中产生的新鲜原子面直接与氢气反应生成氢化镁，而没有机会与镍结合生成Mg2Ni。

2.2充放氢气实验

在镁基的材料中添加了碳纳米管之后，大大的改善了原有的镁基材料储氢的性能，尤其是在吸放氢气速度及氢气的储存量方面有了较为明显的改善。图2为当整个磨球的时间达到六十个小时之后整个实验试样的温度变化的曲线和吸氢的曲线。

从该图中可以看出，实验试样的吸氢的过程中大约在一百秒左右完成，整个吸氢的速度是较快的，随着吸氢的不断进行，放出了大量的热量，也就是常说的引燃的过程，整个过程最高的温度能够达到四百多度，该现象对于蓄热式及大型的储氢器有着非常重要的意义。

实验试样放氢气的过程其内部的变化情况如图3所示：

从图3中我们可以看出，整个试样的初始的温度在三百度左右，但是在整个放氢的过程中，整个速度还是比较快的，在零点一兆帕的情况下，整个放氢的时间为六百秒，所得到的总体的放氢气的量达到了百分之六点五。

2.3镁基储氢材料中所含碳纳米管的质量对其储氢性能的影响

当在镁基储氢的材料中加入碳纳米管材料之后，由于受到碳纳米管材料自身的对于整个氢气分子有着较强的吸附的能力。再加上碳纳米管又是一个传热性能非常好的材料，在整个镁基储氢的材料当中，加入一定量的碳纳米管对于实现镁基材料传热性能有着较大的作用。所做实验也印证了该点，如图4与图5所示，其中图4为0.2g碳纳米管添加剂与0.05g碳纳米管添加剂在同样的球磨时间下温度变化曲线与放氢的曲线，图5为没有碳纳米管添加剂下相同的磨球时间下温度变化曲线与放氢曲线。

从上述的四个图中我们可以看出，相对于没有添加碳纳米管的试样，添加之后的试样在放氢及吸氢的性能上均有着较大的提升，主要的表现在吸放氢的容量较大。具体的数据为没有碳纳米管添加剂的其总体的吸氢量小于百分之四，对于那些含有碳纳米管添加剂的，其总体的氢容量在百分之五之上。同时，通过上述

的图也可以看出，随着其中含氢量的增加，其总体的吸氢的总容量超过了百分之七。同时通过对图六进行分析也可以发现，当没有添加碳纳米管时，经过较长时间的磨球后，其对于吸氢也有着较大的提升。但是在较短的磨球时间内，整个试件的吸氢的能力较弱，因此，通过上述的分析可以发现，在镁基材料中加入碳纳米管在很大程度上能够改善传统的镁基材料的储氢的能力，这在很大程度上也降低了整个镁基材料在进行储氢时生产工艺的复杂性，因此，在镁基的材料中加入一定量的碳纳米管对于提升其储氢的性能有着较为直接的作用。

3.结论

通过在镁基材料中加入碳纳米管在很大程度上能够改善镁基材料的吸氢与放氢的特性，其整体的对于氢气的容量在很大程度上得到了较大的提升，整个吸氢与放氢的速度也较快。此外在较大的温度下，也能够进行放氢和吸氢的过程。

由于受到碳纳米管自身具有较好的导热的性能，再加上其对氢原子具有一定的敏感性，提升了吸附氢气的能力，能够作为镁基材料良好的添加剂，在很大程度上能够改善镁基材料对于氢气的储存性能。同时在一定程度上也能够降低镁基材料进行储氢设备制造时的制造成本。

参考文献：

[1]黄秋姬，易双萍，邓耀敏，黄军.电极材料中氢氧化钙及碳纳米管的添加对镍氢电池电化学性能的影响[J].材料科学与工程学报，2014，01：112116+111

[2]陈雨婷，张海燕，张国庆，陈易明，朱清峰.储氢合金电极中添加碳纳米管对SC型高功率电池性能的影响[J].物理化学学报，2008，03：527532

[3]王斌，周仕学，杨敏建，张同环.金属催化剂对储氢材料（90x）Mg5C5NCxM（M=Al，Mo或Ni，x=0～10）性能的影响[J].山东科技大学学报（自然科学版），2010，06：8588

[4]陈东，陈廉.21世纪先进氢能载体材料产业化前景――质子交换膜燃料电池（PEMFC）最佳氢燃料源[J].新材料产业，2002，10：3134

[5]刘秀英，王朝阳，唐永建，孙卫国，吴卫东，张厚琼，刘淼，袁磊，徐嘉靖.单壁BN纳米管和碳纳米管物理吸附储氢性能的理论对比研究[J].物理学报，2009，02：11261131

篇10

【关键词】纳米；纳米技术；伦理问题； 技术转型

1.伦理学与纳米技术

纳米(nanometer，nm)与分米、厘米一样，是一个长度单位，1纳米等于十亿分之一米，也就是10-9米，相当于10个氢原子排列成一行的长度，或相当于一根头发丝直径的万分之一。进入21世纪以来，纳米技术非常广泛地应用在医药、能源、材料和环境治理等多个方面，已迅速发展成为引领世界科学技术发展的前沿领域之一。纳米技术的大肆传播，已经引起了人们的狂热的追求和盲目的乐观 [1]。纳米技术自身的特点和发展状况要求我们从一种彻底不同的角度考虑纳米技术的伦理问题，而这种更新颖的伦理方法或观点应该更注重未来纳米技术的发展[2]。

伦理，通常与禁止和限制相关，特别是当它涉及到技术的时候， 其约束是很多的。伦理学可以指导包括确定我们更好的生活的方式，以及告诉我们作为个人也好社会的一部分也好，应该如何争取和实现我们理想，并且使我们无愧于一个活生生的人。因此，尽管纳米技术的伦理问题涉及到禁止和限制，但这不是全部问题之所在，甚至还算不上最重要的部分。

2.与纳米技术有关的社会和伦理问题的三个误区

作为一个社会人，我们已经认识到，学会跟踪一种新技术应用带来影响的能力是很重要的，而且对这种技术的伦理方面影响的考虑也是越早越好[3]。然而就与纳米技术相关的社会和伦理问题而言，还普遍存在三个误区。

2.1认为讨论伦理和社会问题还为时过早

认为讨论伦理和社会问题还为时过早的前提主要来源于两种主张。一是认为纳米技术能力的描述、控制和建设过程，即实践的纳米科学与工程没有什么社会和道德问题的特点。二是目前还很少有产品含有已经完成了纳米粒子的设计，工艺或设备的制定了，更不用说大量生产和广泛传播了[4]。如果纳米技术的实践在社会和道德上是无害的或者纳米技术本身基本上不存在，那么，社会和伦理方面的考虑必须无限延期下去。

2.2认为现在讨论伦理问题意义不大

第二个误区的前提认为技术创新是必然的--甚至呈现出指数增长--当然，在这一过程中也会伴随着他的益处。所以，在这种情况下，强调与纳米技术革命相关的社会和伦理问题是最没有意义也最不利的，因为任何东西都可能延缓纳米技术为社会做出贡献的步伐。要想促进社会发展，就要推动技术发展，尽可能地无阻碍、无约束、无监管的去应用和传播。还有，要健康发展就要教育人民了解纳米技术，促进公众接受它，促进产品的商业化并准备人员和机构以便我们调整、减轻和补救那些意想不到的健康和安全方面的影响。

2.3认为确保公众接受才是关键所在

对于纳米技术研究持续性发展的支持，以及将纳米技术最终融入到消费产品和合理应用的问题上，公众对于纳米技术的接受程度将成为其中的决定性因素。有一个普遍的观点，甚至存在于那些大力倡导社会和伦理研究的专家当中，这个观点认为：通过向公众显示关于纳米技术的社会性担忧已经得到了解决，由此帮助纳米技术获得更多的公众认可度并保证其能够顺利的与国民和国际经济的发展相结合。

3.纳米技术可能引发的社会和伦理问题

纳米技术的发展存在着很大的风险和不确定性，在发展和使用新兴的纳米技术满足人类和社会紧迫需要的同时，如何充分而合理地去预见和减轻不利的影响或未曾想到的结果，已成为各国政府和科学界关注和研究的一个重要问题[5]。从纳米技术的应用及价值来看,具有极大潜力改变我们未来几十年的生活方式,但正如波普尔所说的，"科学进步是一种悲喜交集的福音"。所以解决其引发诸多的社会和伦理问题势在必行。

3.1有争议的道德问题

有争议的道德问题可能涉及到研究和工程实践亦或产品使用。例如，纳米技术涉及包括转基因生物体、使用胚胎干细胞和嵌合体的研究、合成生物学、建设人工生物武器的发展、基因专利、和修改人的本性。当然，有争议的道德问题往往不是独有的纳米技术，虽然在某些情况下，纳米技术可能实现它们特别引人注目的或有争议的开发工具。

3.2社会环境问题

社会环境问题产生于纳米技术同社会体制以及纳米技术出现的体制背景的相互作用。由于纳米技术是一项普遍使用，可以获得的技术，所以它出现的可能引发的社会环境问题也是广泛的，例如，获得技术的公平问题，信息安全和隐私保护问题，知识产权问题，法律和政策问题，各种利益之间的冲突问题等等。纳米技术不是环境负担和利益分布的原因，设计能力，控制和纳米级的创建并非天生是不公正的。当考虑了纳米技术的特点和实践，环境正义似乎不是一个纳米技术的问题。因此，不把社会环境问题理清楚，纳米技术的可靠发展是不完整的。

3.3生命形式问题

生命形式问题出现于纳米技术在社会标准，规范和结构，比如家庭结构，社会网络和生活轨迹等方面。社会规范往往是基于事实，或特定的理解，比如我们彼此的关系和我们与自然环境的关系。纳米技术的出现有可能改变这种状况，如果纳米技术，特别是纳米医学能接近它所预期的那样的那样，那么与人类繁荣有关的规范将会进一步得到修改。此外，同过去一样，人类寿命延长和达到期望的健康等将对家庭规范和结构（例如，赡养责任），生活计划或轨迹（例如，婚姻状况），以及社会和政治机构产生重大影响。

3.4转型问题

转型问题产生于纳米技术的潜力，尤其是结合其他新兴技术，如生物技术、信息技术、计算机科学、认知科学和机器人技术等来改造人权状况，而不是仅仅作为形式的生活问题，修改一些参数。这可能是通过以下方式实现的--显著改变我们原来的生物种类，重建我们与自然环境之间的关系，创造自我意识和自主人工智能或发展强有力的替代环境。在这种情况下，新的道德状况或将引进一些有关于我们的道德景观需要重新配置或重新构思的方面。■

【参考文献】

［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］朱凤清，张帆.纳米技术应用引发的伦理问题及其规约机制[J].学术交流，2008,(1).