1991年、2004年分別發(fā)現(xiàn)了一維和二維碳納米材料—碳納米管和石墨烯，這兩種新型碳材料具有優(yōu)良的物理、力學(xué)性能，通過(guò)改變制備方法和處理工藝得到高性能的碳納米管連續(xù)纖維和石墨烯纖維，還廣泛用作改性材料制備聚合物復(fù)合纖維，從而獲得具有優(yōu)良力學(xué)性能和物理性能的新型纖維。《碳納米管、石墨烯纖維及薄膜》從碳納米管、石墨的制備、結(jié)構(gòu)與性能及應(yīng)用入手，詳細(xì)介紹碳納米管連續(xù)纖維、碳納米管陣列纖維、薄膜、聚合物/碳納米管復(fù)合纖維、石墨烯、石墨烯連續(xù)纖維和聚合物/石墨烯復(fù)合纖維等領(lǐng)域的研究進(jìn)展，以期讀者全面了解該領(lǐng)域的進(jìn)展情況。
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目錄
前言
第1章 碳納米管 1
1.1 概述 1
1.2 碳納米管的制備 2
1.2.1 CNT的制備方法 2
1.2.2 CNT的生長(zhǎng)機(jī)理 12
1.2.3 CNT的純化 13
1.3 碳納米管的結(jié)構(gòu) 15
1.3.1 CNT的結(jié)構(gòu)特征 16
1.3.2 CNT的分類 18
1.3.3 CNT的表征 20
1.4 碳納米管的性能 23
1.4.1 力學(xué)性能 23
1.4.2 電學(xué)性能 24
1.4.3 熱學(xué)性能 24
1.4.4 儲(chǔ)氫性能 26
1.4.5 吸波性能 27
1.4.6 光學(xué)性能 27
1.5 碳納米管的產(chǎn)業(yè)化 27
1.5.1 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 27
1.5.2 CNT的生產(chǎn)成本 27
1.5.3 CNT的標(biāo)準(zhǔn)化 28
參考文獻(xiàn) 28
第2章 碳納米管纖維 35
2.1 概述 35
2.2 由碳納米管制備連續(xù)纖維 36
2.2.1 電場(chǎng)作用下制備CNT連續(xù)纖維 36
2.2.2 酸作用下制備CNT連續(xù)纖維 36
2.2.3 浸潤(rùn)劑作用下制備CNT連續(xù)纖維 38
2.2.4 表面活性劑作用下制備CNT連續(xù)纖維 39
2.3 碳納米管／聚合物（高分子）連續(xù)纖維 42
2.3.1 CNT/聚乙烯醇復(fù)合纖維 42
2.3.2 SWCN T/聚乙烯亞胺復(fù)合纖維 47
2.3.3 SWCNT/生物質(zhì)復(fù)合纖維 48
2.3.4 SWCNT/鈦納米管／甲殼素復(fù)合纖維 51
2.4 碳納米管陣列紗線 52
2.4.1 CNT陣列紗線的制備 52
2.4.2 影響CNT陣列可紡性的因素 56
2.4.3 影響CNT紗性能的因素 56
2.5 氣相法制備碳納米管連續(xù)纖維 77
2.6 碳納米管連續(xù)纖維的斷裂機(jī)理 81
2.7 碳納米管纖維（紗線）的應(yīng)用 82
2.7.1 高性能增強(qiáng)纖維 82
2.7.2 防靜電、電磁屏蔽材料 83
2.7.3 超級(jí)電容器 84
2.7.4 發(fā)光、變色材料 86
2.7.5 傳感器 87
2.7.6 驅(qū)動(dòng)器 89
2.7.7 導(dǎo)線 89
2.7.8 電池、電極材料 90
2.7.9 催化劑載體 91
2.7.10 生物醫(yī)用材料 92
2.7.11 超級(jí)彈簧 92
2.7.12 親疏水性可控材料 92
參考文獻(xiàn) 92
第3章 碳納米管薄膜 102
3.1 概述 102
3.2 碳納米管薄膜的制備 102
3.2.1 直接生長(zhǎng)法 102
3.2.2 CNT溶液的制備 104
3.2.3 溶液沉積法 108
3.2.4 CNT薄膜的轉(zhuǎn)移 116
3.2.5 CNT薄膜的修飾 118
3.3 碳納米管薄膜的性能 125
3.3.1 電學(xué)性能 125
3.3.2 傳輸性能 130
3.3.3 光學(xué)性能 131
3.3.4 機(jī)械性能 134
3.3.5 穩(wěn)定性能 136
3.4 碳納米管薄膜的應(yīng)用 138
3.4.1 薄膜晶體管 139
3.4.2 傳感器 141
3.4.3 觸摸屏 143
3.4.4 太陽(yáng)能電池 144
3.4.5 有機(jī)發(fā)光器件 145
3.4.6 顯示器 147
3.4.7 靜電消散與電磁屏蔽 147
3.4.8 能量存儲(chǔ) 148
參考文獻(xiàn) 149
第4章 石墨烯與石墨烯連續(xù)纖維 160
4.1 概述 160
4.2 石墨烯的制備 161
4.2.1 固相法 162
4.2.2 液相法 163
4.2.3 氣相合成法 165
4.3 石墨烯的結(jié)構(gòu) 166
4.4 石墨烯的性能 167
4.4.1 電學(xué)性能 167
4.4.2 力學(xué)性能 168
4.4.3 熱學(xué)性能 168
4.4.4 光學(xué)及其他性能 168
4.5 石墨烯纖維概述 169
4.5.1 水熱一步自組裝法 169
4.5.2 液晶紡絲法 171
4.5.3 化學(xué)氣相沉積法 173
4.5.4 濕法紡絲 173
4.6 石墨烯纖維的結(jié)構(gòu)與性能 176
4.7 右墨烯連續(xù)纖維的應(yīng)用 182
4.7.1 高性能復(fù)合材料 182
4.7.2 超導(dǎo)材料 183
4.7.3 電子器件 186
4.7.4 納米過(guò)濾膜領(lǐng)域應(yīng)用 187
參考文獻(xiàn) 187
第5章 石墨烯薄膜 191
5.1 概述 191
5.2 石墨烯薄膜的制備 191
5.2.1 機(jī)械剝離法 191
5.2.2 化學(xué)氣相沉積法 192
5.2.3 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法 197
5.2.4 石墨烯薄膜的后轉(zhuǎn)移處理 200
5.3 石墨烯薄膜的性能 208
5.3.1 石墨烯的性能表征 208
5.3.2 電學(xué)和光學(xué)性能 210
5.4 石墨烯薄膜的應(yīng)用 213
5.4.1 在發(fā)光器件LED中的應(yīng)用 214
5.4.2 在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用 217
5.4.3 在顯示器方面的應(yīng)用 219
5.4.4 在柔性薄膜晶體管巾的應(yīng)用 219
5.4.5 在邏輯電路中的應(yīng)用 224
5.5 碳納米管薄膜和石墨烯薄膜的比較 226
參考文獻(xiàn) 230
第6章 聚合物／碳納米管復(fù)合纖維 236
6.1 概述 236
6.2 聚合物／碳納米管混合方式 236
6.2.1 溶液共混法 237
6.2.2 熔融共混法 237
6.2.3 原位聚合法 238
6.2.4 其他方法 238
6.3 聚合物／碳納米管復(fù)合纖維及其制備 240
6.3.1 聚丙烯腈/CNT復(fù)合纖維 240
6.3.2 聚乙烯醇/SWCNT復(fù)合纖維 250
6.3.3 纖維素/MWCNT復(fù)合纖維 252
6.3.4 聚甲基丙烯酸甲酯/MWCNT復(fù)合纖維 256
6.3.5 海藻酸鈣/SWCNT復(fù)合纖維 257
6.3.6 聚偏氟乙烯/MWCNT復(fù)合纖維 258
6.3.7 聚苯胺/SWCNT復(fù)合纖維 258
6.3.8 超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯/MWCNT復(fù)合纖維 259
6.3.9 聚酰胺／CNT復(fù)合纖維 260
6.3.10 聚碳酸酯／CNT復(fù)合纖維 269
6.3.11 聚酯／CNT復(fù)合纖維 271
6.3.12 聚丙烯／CNT復(fù)合纖維 272
6.3.13 聚氨酯／CNT復(fù)合纖維 273
6.3.14 聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺／CNT復(fù)合纖維 273
6.3.15 聚芳醚酮／CNT復(fù)合纖維 274
6.3.16 聚酰亞胺／CNT復(fù)合纖維 276
6.3.17 聚對(duì)苯撐苯并雙嗯唑纖維／CNT復(fù)合纖維 277
6.3.18 聚苯并咪唑/MWCNT復(fù)合纖維 278
6.3.19 瀝青/SWCNT復(fù)合纖維 280
6.3.20 絲素蛋白/SWCNT復(fù)合纖維 280
6.3.21 導(dǎo)電聚合物/SWCNT復(fù)合纖維 281
6.4 碳納米管的增強(qiáng)作用 282
6.4.1 聚合物與CNT之間的界面作用 282
6.4.2 CNT增強(qiáng)機(jī)理 283
6.5 影響聚合物／CNT復(fù)合纖維性能的因素 286
6.5.1 CNT種類的影響 286
6.5.2 CNT合量的影響 292
6.5.3 CNT取向度對(duì)性能的影響 294
6.5.4 工藝條件優(yōu)化對(duì)物理力學(xué)性能的影響 294
6.5.5 聚合物基材性質(zhì)的影響 295
6.6 聚合物／碳納米管復(fù)合纖維的應(yīng)用 296
參考文獻(xiàn) 297
第7章 聚合物／石墨烯復(fù)合纖維 306
7.1 概述 306
7.2 溶液共混法制備聚合物／石墨烯復(fù)合纖維 308
7.3 熔融共混法制備聚合物／石墨烯復(fù)合纖維 311
7.4 原位聚合法制備聚合物／石墨烯復(fù)合纖維 313
7.5 碳納米管／石墨烯雜化纖維 317
7.6 聚合物／石墨烯復(fù)合纖維的應(yīng)用 325
7.6.1 高性能纖維 325
7.6.2 超級(jí)電容器 325
7.6.3 催化劑載體 326
7.6.4 電極材料 326
參考文獻(xiàn) 328
第8章 碳納米纖維 332
8.1 概述 332
8.2 碳納米纖維的制備 333
8.2.1 化學(xué)氣相沉積法 333
8.2.2 靜電紡絲法 336
8.2.3 其他制備方法 338
8.3 碳納米纖維的結(jié)構(gòu)及其控制 341
8.3.1 氣相生長(zhǎng)CNF的結(jié)構(gòu)及其控制 341
8.3.2 電紡CNF的結(jié)構(gòu)及其控制 350
8.4 碳納米纖維的性能 356
8.4.1 氣相生長(zhǎng)CNF的性能 356
8.4.2 電紡CNF的性能 358
8.5 碳納米纖維的性質(zhì)及其應(yīng)用 361
8.5.1 增強(qiáng)材料 362
8.5.2 電極材料 362
8.5.3 場(chǎng)發(fā)射器件 363
8.5.4 儲(chǔ)氫材料 364
8.5.5 催化劑載體 364
8.5.6 吸附材料 365
8.5.7 電磁屏蔽材料 365
8.5.8 抗靜電材料 366
8.5.9 其他方面的應(yīng)用 366
8.6 碳納米纖維的發(fā)展前景 366
參考文獻(xiàn) 367
第9章 碳納米管改性碳纖維 376
9.1 概述 376
9.2 碳納米管改性碳纖維方法 377
9.2.1 直接共混法 377
9.2.2 CVD法 380
9.2.3 化學(xué)接枝法 384
9.2.4 電泳沉積法 388
9.2.5 靜電噴射沉積法 389
9.3 碳納米管改性碳纖維的性能 391
9.3.1 比表面積 391
9.3.2 潤(rùn)濕性 391
9.3.3 拉伸性能 392
9.4 碳納米管改性碳纖維在復(fù)合材料中的應(yīng)用進(jìn)展 393
參考文獻(xiàn) 395
第10章 聚合物／碳納米管復(fù)合中空纖維膜 399
10.1 聚合物／碳納米管復(fù)合分離膜的概述 399
10.1.1 分離膜簡(jiǎn)介及分類 399
10.1.2 膜分離的過(guò)程類型及特點(diǎn) 400
10.2 聚合物／碳納米管復(fù)合分離膜的制備 400
10.2.1 CNT的前處理 400
10.2.2 聚合物／CNT復(fù)合分離膜的制備方法 402
10.3 工藝條件對(duì)復(fù)合中空纖維膜性能的影響 408
10.3.1 鑄膜液的影響 409
10.3.2 添加劑的影響 412
10.3.3 凝固浴的影響 416
10.3.4 其他工藝條件的影響 418
10.4 聚合物／碳納米管復(fù)合膜的應(yīng)用和發(fā)展展望 419
參考文獻(xiàn) 419
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