【正文】 第一年 以SiOC60、短切的碳納米管、BN等非金屬作為催化劑生長碳納米管。 研究水相分散和乳液共混過程中介質(zhì)與工藝對碳納米管表面結(jié)構(gòu)及分散性影響，并與傳統(tǒng)粉末冶金工藝中的分散技術(shù)比較； 對傳統(tǒng)粉末冶金法與乳液共混后再行制備的碳納米管金屬復(fù)合材料進(jìn)行攪拌摩擦加工與塑性加工，對碳納米管結(jié)構(gòu)及其分散進(jìn)行研究比較。 獲得高活性及高穩(wěn)定性的有序結(jié)構(gòu)催化劑。1 闡明高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱碳納米管提高電極材料功率特性及安全性的機(jī)理。 研究不同分離介質(zhì)分離不同導(dǎo)電屬性的碳納米管的規(guī)律。 闡釋非金屬催化生長碳納米管的機(jī)制。 實現(xiàn)碳納米管三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在復(fù)合電極材料中的有效構(gòu)建；獲得高性能碳納米管復(fù)合電極材料。 利用氣體示蹤與顆粒示蹤等方法研究不同金屬催化劑顆粒及碳納米管在大尺度多級逆流變徑流化床反應(yīng)器中的氣固流體力學(xué)。 實現(xiàn)通過摻雜調(diào)控碳納米管的能帶結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電屬性。 闡明碳納米管對復(fù)合材料微蠕變、熱膨脹、耐動態(tài)疲勞、耐磨耗、耐切割、滾動阻力等的影響規(guī)律，初步獲得復(fù)合材料的優(yōu)化體系。 建立在線氣相快速分析、在線拉曼光譜檢測等方法，實現(xiàn)碳源轉(zhuǎn)化效率、碳納米管純度的在線評價。1 實驗和理論研究相結(jié)合，考察碳納米管鋰離子動力電池在快速充放電時的表面溫升、電池內(nèi)部溫度場分布特征等與電池安全性的關(guān)系。 將宏量分離不同導(dǎo)電屬性碳納米管的規(guī)模放大至100g/h,并保持分離效率不變，實現(xiàn)金屬性碳納米管的富集（達(dá)50g/h）。 優(yōu)化可調(diào)控碳納米管能帶結(jié)構(gòu)的外場輔助生長方法和摻雜方法。1 研究碳納米管透明導(dǎo)電薄膜在柔性顯示器中的應(yīng)用。 研制出滿足設(shè)計需求的復(fù)合材料零件并取得試用結(jié)果報告。本項目提出采用施加外場、催化劑調(diào)控、碳“端帽”導(dǎo)向生長、原位研究碳納米管生長過程等方法，探索生長單一導(dǎo)電屬性和手性碳納米管的原理和方法，并建立碳納米管的可控生長機(jī)制。利用STMTEM樣品臺等在透射電鏡下原位研究單壁碳納米管的催化生長過程及熱力學(xué)、動力學(xué)特征，揭示其生長機(jī)制；將CVD生長體系引入到激光拉曼光譜分析系統(tǒng)，原位研究單壁碳納米管的生長過程與生長機(jī)理。研究有序結(jié)構(gòu)催化劑對不同碳源的適應(yīng)性；研究最優(yōu)碳源的裂解動力學(xué)行為與催化劑失活動力學(xué)；研究利用COH2O等弱氧化劑原位去除無定形炭，促進(jìn)催化劑原位再生的方法；采用C13同位素標(biāo)記的方法研究弱氧化劑對碳納米管質(zhì)量與形貌的影響規(guī)律；建立熱態(tài)反應(yīng)器中有序結(jié)構(gòu)催化劑定向生長碳納米管陣列速率的在線熱成像檢測系統(tǒng)；研究碳納米管定向聚集結(jié)構(gòu)與催化劑及制備工藝的關(guān)系。利用掃描、透射、高分辨電鏡、拉曼光譜、PL譜、熱重分析、表面吸附等手段對宏量碳納米管進(jìn)行表征，獲得其純度、結(jié)構(gòu)及有序度等信息，建立宏量碳納米管質(zhì)量的綜合評價方法與標(biāo)準(zhǔn)?？疾旆稚⒑蛷?fù)合工藝對碳納米管表面結(jié)構(gòu)的影響；研究復(fù)合過程中的界面反應(yīng)情況；研究界面耦合作用產(chǎn)生的載荷傳遞、聲子傳熱等機(jī)制；發(fā)展碳納米管表面防護(hù)技術(shù)與界面結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。碳納米管復(fù)合電極材料為發(fā)展高安全性、高功率、高能量密度鋰離子電池提供了新途徑。發(fā)展多級復(fù)合技術(shù)，將碳納米管網(wǎng)絡(luò)與高容量負(fù)極（如Si、Sn、氧化物等）高效復(fù)合，再利用機(jī)械融合技術(shù)制備出高比容量及長循環(huán)壽命的碳納米管復(fù)合負(fù)極材料。發(fā)展單分散碳納米管的再組裝成膜以及快速還原處理提高導(dǎo)電性的方法，研究碳納米管表面狀態(tài)與結(jié)構(gòu)、在溶液中分散度和穩(wěn)定性等與自組裝成膜的結(jié)構(gòu)及動力學(xué)過程等的關(guān)系，揭示其成膜機(jī)制與原理；制備大面積碳納米管柔性透明導(dǎo)電薄膜，并開發(fā)其在柔性顯示器中的應(yīng)用。發(fā)展碳納米管與電極材料的機(jī)械融合方法，調(diào)控碳納米管表面狀態(tài)及其與電極材料的相互作用；優(yōu)化實驗參數(shù)實現(xiàn)碳納米管與不同電極材料的有效界面結(jié)合，制備高性能碳納米管復(fù)合電極材料。研制基于碳納米管/輕金屬復(fù)合材料的飛行器成像系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)件及基于碳納米管/橡膠復(fù)合材料的汽車輪胎，解決相關(guān)材料批量制備中的技術(shù)問題，推進(jìn)碳納米管的規(guī)?；瘧?yīng)用。研究碳納米管在橡膠、輕金屬等基體中的分散方法；研究復(fù)合工藝對碳納米管結(jié)構(gòu)、分散狀態(tài)、取向與排列、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等的影響及其機(jī)制。通過工藝條件及催化劑調(diào)控，發(fā)展比表面積與石墨結(jié)晶度可控的高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱及鯡魚骨狀碳納米管的宏量制備技術(shù)。研究不同有序載體如層狀化合物、水滑石、纖維狀載體等擔(dān)載金屬催化劑的方法；建立有序結(jié)構(gòu)催化劑分散度的表征方法和有序結(jié)構(gòu)催化劑的熱穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)變化的表征與調(diào)控方法。制備尺寸均勻、化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)可控的金屬和非金屬催化劑納米粒子，探索其生長導(dǎo)電屬性和手性可控碳納米管的可行性及相關(guān)機(jī)制。單壁碳納米管的導(dǎo)電屬性及手性控制方法與原理單壁碳納米管的導(dǎo)電屬性及手性控制是當(dāng)前碳納米管研究中的一個核心問題。 制備直徑分別為10nm、30 nm和80nm級別且可控的鯡魚骨狀碳納米管，產(chǎn)量達(dá)10kg/h。 深入研究碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及其功能特性、優(yōu)化制備方法。第五年 通過分子設(shè)計，獲得結(jié)構(gòu)可控的碳納米碗，并以其為催化劑，通過端帽調(diào)控生長具有特定結(jié)構(gòu)的單壁碳納米管。 使高純度（%）碳納米管的制備能力達(dá)千噸級/年。進(jìn)行復(fù)合材料加工工藝性能研究，試制用于實際考核的復(fù)合材料樣件。 研究利用非金屬催化劑宏量制備碳納米管。 將宏量分離不同導(dǎo)電屬性碳納米管的規(guī)模放大至50g/h，并保持分離效率不變。1 研究高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱碳納米管在高容量復(fù)合電極材料中的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。 研究非金屬納米粒子在生長不同類型和不同形貌碳納米管中的作用。 獲得不同分離介質(zhì)分離不同導(dǎo)電屬性的碳納米管的規(guī)律認(rèn)識與控制方法，實現(xiàn)小批量（110 g/h）的單壁碳納米管的分離，實現(xiàn)金屬性碳納米管的樣品純度大于95%。1 采用不同結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電屬性的碳納米管制備透明導(dǎo)電膜。 研究催化劑、工藝條件與碳納米管定向生長的宏觀結(jié)構(gòu)間的關(guān)系。 闡明碳納米管及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和性能對復(fù)合電極材料電化學(xué)性能、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性的影響規(guī)律。 建立多波長激光拉曼光譜、吸收光譜、FET檢測等表征碳納米管導(dǎo)電屬性的方法。 宏量分離不同導(dǎo)電屬性碳納米管的裝置建立。研究弱酸氧化碳納米管及其單分散技術(shù)，發(fā)展碳納米管的再組裝成膜與氫鹵酸還原方法。主要承擔(dān)單位：xxx課題負(fù)責(zé)人：xxx經(jīng)費比例：21%課題四：碳納米管在鋰離子動力電池及柔性光電器件中的應(yīng)用研究研究目標(biāo)：獲得高安全性、高功率特性碳納米管復(fù)合電極材料的優(yōu)化結(jié)構(gòu)及制備方法。揭示碳納米管與輕金屬及橡膠的界面耦合作用，建立可靠的碳納米管/金屬及碳納米管/橡膠復(fù)合技術(shù)。 發(fā)展碳納米管的宏量分離技術(shù)，實現(xiàn)金屬性/半導(dǎo)體性單壁碳納米管的分離。以切短的單壁碳納米管、富勒烯分子和有機(jī)合成的碳碗結(jié)構(gòu)等作為催化劑，采用碳“端帽”導(dǎo)向生長方法，制備手性均一的碳納米管。（四）課題設(shè)置針對當(dāng)前碳納米管研究領(lǐng)域中的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題，即碳納米管的導(dǎo)電屬性和手性控制、碳納米管的低成本大批量可控制備及碳納米管的規(guī)模化應(yīng)用，本項目設(shè)置以下四個課題，即：課題一，碳納米管的導(dǎo)電屬性與手性控制制備方法及原理研究；課題二，面向規(guī)模應(yīng)用的碳納米管低成本批量制備及分離技術(shù)研究；課題三，碳納米管復(fù)合材料關(guān)鍵制備技術(shù)及規(guī)?；瘧?yīng)用研究；課題四，碳納米管在鋰離子動力電池及柔性光電器件中的應(yīng)用研究。即對碳納米管表面進(jìn)行官能化處理，使其表面帶上與分散介質(zhì)相容性好的官能團(tuán)，不僅可以提高其在介質(zhì)中的分散性，而且成型后經(jīng)還原處理去除官能團(tuán)可恢復(fù)碳納米管的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。如碳納米管在電池材料中形成均勻分布的三維導(dǎo)電導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，可將電池高功率放電過程中產(chǎn)生的熱量及時傳導(dǎo)到周圍空間，有效降低電芯溫升，并改善動力電池內(nèi)部的溫度場均勻性，最終提高電池的安全性及電池組放電過程的一致性。選擇適當(dāng)介質(zhì)還可對碳納米管進(jìn)行表面改性，有利于實現(xiàn)金屬粉末與碳納米管的均勻混合。理想的輪胎胎肩橡膠應(yīng)具有高強(qiáng)度、耐高溫和導(dǎo)熱性好的特點，而國內(nèi)外研究和本項目前期工作表明，碳納米管復(fù)合橡膠已表現(xiàn)出相關(guān)性能優(yōu)勢，具有發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼?，本項目從刻蝕無定形炭及抑制碳包覆金屬催化劑兩個方面采取措施，保證高純度碳納米管的高效制備。基于前期工作基礎(chǔ)，通過對分散劑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，優(yōu)化分散劑分子在不同導(dǎo)電屬性或手性的碳納米管上的特異性吸附或組裝，再利用其與某些聚合物、糖、蛋白等大分子的特異性相互作用，結(jié)合電泳或離心技術(shù)可實現(xiàn)碳納米管的導(dǎo)電屬性或手性分離。在此條件下，結(jié)晶度較差的碳納米管管壁可為填充的催化劑提供碳源，進(jìn)而形核并生長出碳納米管，因此可在透射電鏡下原位研究碳納米管在催化劑表面的成核及生長過程。研究還表明單壁碳納米管的手性結(jié)構(gòu)是由生長初期的端帽構(gòu)型所決定的。研制基于碳納米管透明導(dǎo)電薄膜的柔性顯示器，推進(jìn)其實際應(yīng)用。（3）在微觀尺度上研究碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的聲子、電子和離子輸運特性。（4）采用低場強(qiáng)固態(tài)核磁共振方法研究碳納米管對橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)微運動能力的影響；利用偏振紅外光譜和廣角X射線儀等研究碳納米管網(wǎng)絡(luò)對橡膠分子鏈在外界應(yīng)力下取向和拉伸結(jié)晶情況的影響；研究碳納米管/橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能、高溫下的應(yīng)力松弛特性、高溫彈性模量、動態(tài)生熱及耐動態(tài)壓縮疲勞等性能，獲得碳納米管/橡膠復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系規(guī)律。對制備得到的高純度碳納米管進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，提高其碳層結(jié)構(gòu)完整性，獲得具有高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能的碳納米管。采用計算模擬與實驗相結(jié)合的方法研究單壁碳納米管的生長動力學(xué)和熱力學(xué)，提出碳納米管的可控生長機(jī)制，為納米碳材料的控制制備提供理論指導(dǎo)。本項目的順利完成將增強(qiáng)我國在納米科技領(lǐng)域特別是碳納米管領(lǐng)域的國際競爭力，并帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。C熱箱安全性測試），并推動其在電動汽車中的應(yīng)用。（5）建設(shè)一個科研水平和能力位居國際前列的碳納米管研究與開發(fā)基地。（4）揭示碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建原理，充分發(fā)揮碳納米管的電、熱、光等功能特性，推動碳納米管在鋰離子動力電池及柔性光電器件中的實際應(yīng)用。（4）發(fā)展用于鋰離子動力電池的高功率、高安全性碳納米管復(fù)合電極材料的制備方法，并用于制造鋰離子動力電池（單體電池比功率大于2000 W/kg，大倍率放電性能10C/1C 95%，通過3C/10V過充電和150176。即面向國家重大需求，重點針對碳納米管學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)問題，立足突破限制碳納米管實用化的瓶頸技術(shù)，大力推動碳納米管在航空航天、交通運輸、清潔能源等領(lǐng)域的實際