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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 微米和纳米 » 学术讨论 » 如何评价碳纳米管的质量优劣，有哪些性能指标，如何表征？
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tianbing008

铁杆木虫 (著名写手)

[交流] 如何评价碳纳米管的质量优劣，有哪些性能指标，如何表征？

要买碳纳米管用作铝基复合材料的增强体，国内目前有很多生产CNTs的厂家，但它们给的指标都大同小异，比如纯度(含碳量），比表面，直径、长度等，根本看不出什么差异。也看了些文献，主要就是拉曼光谱确定碳管的结构完整性，TEM或者HR-TEM观察微观组织。还有哪些指标来确定碳管的质量好坏呢？
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1楼2013-08-23 17:48:10
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wulishi8

专家顾问 (知名作家)
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kunpeng1782: 金币+5, MN-EPI+1, 专家考核, 系统的总结 2013-08-24 07:09:50
tianbing008: 金币+10, 非常有帮助，得多向前辈请教 2013-08-24 10:53:35
碳管的质量主要由两部分组成：
1.广义上的纯度。
包含两方面：
　　一个是，是否有其他杂质存在，如，催化剂，无定形碳，石墨片，等等。可以通过热重分析（TGA）来判断。
　　另一个是，是否包含其他类型的碳管，如单壁管的各种手性，或者不同层数的碳管的混合，等等。可以通过拉曼光谱，PL荧光光谱确定。

2.碳管的结晶度和缺陷以及官能团
　　结晶度，同样的测试条件下，不同结晶度的样品，拉曼光谱的绝对强度，可以一定程度上来反映结晶的程度，但不可以定量。也可以通过ＸＲＤ来相对比较，但是不如拉曼光谱准确。
　　缺陷，通过观察D峰相对G峰的强弱（也是相对的强弱，不可以绝对化），来判断缺陷程度。另外，D峰也和样品的纯度有关。除了拉曼光谱，还可以用TEM，STM等确定，但是只是小范围的，不好判断整体样品情况，所以还是首选拉曼光谱，快速，经济。
　　官能团，可以通过红外等手段，研究是否挂有官能团。

　　最后，碳管的长度，本身就是一个很宽的范围。除了阵列的或者是平行于基底长的碳管，一般情况下，很难控制长度。尤其是工厂大规模制备的碳管，长度千差万别，很难通过电镜，AFM等手段完全确定。
　　单壁和双壁管的直径可以通过拉曼光谱确定。也可以使用ＴＥＭ来统计任何类型的碳管的直径，但是仅仅是一定数量上的统计学概念。
　　比表面积。取决于碳管的类型，纯度，结晶度，官能团，非常难以判断，只能进行实际测量。
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3楼2013-08-24 02:57:23
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gxytju2008

专家顾问 (文坛精英)
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tianbing008: 金币+2, 出于成本因素，从一开始就得考虑，也看了下sigma公司的，太贵了，用于结构材料，即使高精尖的行业也难以承受 2013-08-24 11:13:08
透射看均不均匀啥的..话说..国内的碳管都不咋样,长得很丑的
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2楼2013-08-23 23:07:47
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lvyiyilv

木虫 (职业作家)
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tianbing008: 金币+3, 直接观察厂家提供的吗，要经过自己处理不，不然是不是都是团聚的？ 2013-08-24 11:18:07
表面是不是干净很干净，层数，层数均匀性

[ 发自手机版 http://muchong.com/3g ]
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4楼2013-08-24 08:25:01
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yalingwu

银虫 (正式写手)
最好买进口的
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5楼2013-08-24 10:51:19
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tianbing008

铁杆木虫 (著名写手)
引用回帖:
3楼: Originally posted by wulishi8 at 2013-08-24 02:57:23
碳管的质量主要由两部分组成：
1.广义上的纯度。
包含两方面：
　　一个是，是否有其他杂质存在，如，催化剂，无定形碳，石墨片，等等。可以通过热重分析（TGA）来判断。
　　另一个是，是否包含其他类型的碳管 ...

我是用多壁管，目前先买未经过任何处理的（比如石墨化，-OH或者-COOH），红外是不是就没多大帮助了吧？另外，作为增强体，力学性能很重要，很多文献都只是定性的说CNT强度达几百GPa，模量多少TPa，有没有定量的检测手段呢
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6楼2013-08-24 11:09:58
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tianbing008

铁杆木虫 (著名写手)
引用回帖:
5楼: Originally posted by yalingwu at 2013-08-24 10:51:19
最好买进口的

进口太贵了，做出材料来了以后也用不起
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7楼2013-08-24 11:20:26
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wulishi8

专家顾问 (知名作家)
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6楼: Originally posted by tianbing008 at 2013-08-24 11:09:58
我是用多壁管，目前先买未经过任何处理的（比如石墨化，-OH或者-COOH），红外是不是就没多大帮助了吧？另外，作为增强体，力学性能很重要，很多文献都只是定性的说CNT强度达几百GPa，模量多少TPa，有没有定量的检测 ...

嗯，你这种实验单壁管和双壁都是用不起的。
多壁管的话，主要是纯度，层数，直径，长度，制备方法，决定了碳管的杨氏模量，刚性模量。
你要想提高刚度和强度，那么多壁碳管的纯度越高越好，直径越小越好，长度越长越好。目前大规模量产的基本都是CVD或者流化床生产的。
杨氏模量可以通过拉伸测试单根碳管来测试，但是这个实验你做不了。而且文献中提到的一般都是理论值，和实际值相差很大。
所以去测试一下拉曼光谱是最低的要求。看一下G峰的绝对强度，D峰相对G峰的强度。做一下TEM，看一下长度和直径分布。从这几个方面来挑选合适的厂家提供的样品。
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tianbing008
8楼2013-08-24 17:25:15
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tianbing008

铁杆木虫 (著名写手)
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8楼: Originally posted by wulishi8 at 2013-08-24 17:25:15
嗯，你这种实验单壁管和双壁都是用不起的。
多壁管的话，主要是纯度，层数，直径，长度，制备方法，决定了碳管的杨氏模量，刚性模量。
你要想提高刚度和强度，那么多壁碳管的纯度越高越好，直径越小越好，长度越 ...

是的，单壁和双壁根本用不起，另外，文献报道电弧法制备的碳管缺陷少，纯度高，但产量低，价格自然也就贵了。
至于CVD法，催化剂一班都是Fe, Co, Ni，反应气就多了，有乙烯、甲烷、乙炔等等，你说到了制备方法，如果纯度、长径比等相差不大的话，原材料对强度和模量的影响应该是不显著的吧？
另外，就算是CVD法的多壁管，纯度越高，价格也就越高了。而纯度，厂家都给的是含碳量，也就说即使相同纯度，里面非晶碳或者无定形碳的含量也不一样？
直径越小、长度越长，比表面越大，就越容易团聚，越难分散，综合以上的因素，我应该只能对去选择一个折衷的值。
关于模量的测试，我看过Nature里面1996年的一篇文章，不过似乎并没有理解那个的精髓。至于强度，我以前似乎看到过用AFM可以测，但当时没有留意，现在没找到那篇文章，也有可能是自己记错了（我应该也不会去测这两个指标，不过想知道怎么操作）

小硕一名，导师很忙，加之所有问题都会让我自己先解决，理论的东西我可以查资料、文献等等，这种实际的又比较细的就很迷茫。真的真的非常感谢你
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9楼2013-08-24 18:11:31
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wulishi8

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9楼: Originally posted by tianbing008 at 2013-08-24 18:11:31
是的，单壁和双壁根本用不起，另外，文献报道电弧法制备的碳管缺陷少，纯度高，但产量低，价格自然也就贵了。
至于CVD法，催化剂一班都是Fe, Co, Ni，反应气就多了，有乙烯、甲烷、乙炔等等，你说到了制备方法，如 ...

电弧法的纯度不一定高啊，但是结晶性好。
最好的是激光法制备的，其次电弧，其次CVD。
但是现在CVD做好了，缺陷也很少，质量也很好。
但是一般工厂生产的，多壁碳纳米管，质量都一般。
纯度低的话，买回来，自己提纯，一定要纯度高一些再做实验。无定形碳虽然不好完全除去，但是空气烧一烧，多数都会烧走的。在碳管外壁的，很难去除。
模量测试，很多文章都做过的，不用自己做，挺难做的。AFM也可以，也有专门的机器。纳米压痕机也可以。
一般CVD制备的多壁管，还是相对很好分散的。你要是买了电弧法制备的，非常难分散。

多看文献，靠老师不如靠自己。
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tianbing008 CLIFFjiang
10楼2013-08-24 23:03:05
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tianbing008

铁杆木虫 (著名写手)
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10楼: Originally posted by wulishi8 at 2013-08-24 23:03:05
电弧法的纯度不一定高啊，但是结晶性好。
最好的是激光法制备的，其次电弧，其次CVD。
但是现在CVD做好了，缺陷也很少，质量也很好。
但是一般工厂生产的，多壁碳纳米管，质量都一般。
纯度低的话，买回来，自 ...

再次感谢，以后遇到相关问题了再向你请教。不过没办法再给你金币了，再送花一朵，以表谢意
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11楼2013-08-25 10:24:34
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wulishi8

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11楼: Originally posted by tianbing008 at 2013-08-25 10:24:34
再次感谢，以后遇到相关问题了再向你请教。不过没办法再给你金币了，再送花一朵，以表谢意...

不用客气。
我主要研究的方向之一是双壁管。可以多交流探讨。
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12楼2013-08-25 20:28:59
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CLIFFjiang

木虫 (小有名气)
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10楼: Originally posted by wulishi8 at 2013-08-24 23:03:05
电弧法的纯度不一定高啊，但是结晶性好。
最好的是激光法制备的，其次电弧，其次CVD。
但是现在CVD做好了，缺陷也很少，质量也很好。
但是一般工厂生产的，多壁碳纳米管，质量都一般。
纯度低的话，买回来，自 ...

层主，本人买的国内的多壁碳管做的铝基复材，目的是将CNT与铝粉均匀混合，最好不引入杂质。请问有推荐的分散方法么？
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13楼2016-06-22 09:51:35
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