【正文】 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(shí)現(xiàn)碳納米管的導(dǎo)電屬性或手性分離。本項(xiàng)目組已研究了分散劑分子種類對(duì)碳納米管表面性質(zhì)和單分散行為的影響，發(fā)現(xiàn)十二烷基磺酸鈉與瓊脂糖凝膠的協(xié)同作用可以電泳或離心方法實(shí)現(xiàn)金屬性和半導(dǎo)體性碳納米管的有效分離。除了直接制備之外，碳納米管導(dǎo)電屬性的生長(zhǎng)后分離也極為重要。通過變換激光波長(zhǎng)等方式可消除高溫黑體輻射和拉曼光譜分辨率等造成的影響。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(zhǎng)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(zhǎng)過程。原位觀察、監(jiān)控碳納米管的生長(zhǎng)過程是探索其生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可控生長(zhǎng)的有效手段，因此本項(xiàng)目提出在透射電鏡和激光拉曼光譜儀下原位研究碳納米管的生長(zhǎng)機(jī)制。本項(xiàng)目組近期發(fā)展出可高效生長(zhǎng)單壁碳納米管的氧化硅等非金屬催化劑，引起了廣泛關(guān)注。利用該思路，本項(xiàng)目組已取得了一些有意義的初步結(jié)果，如通過紫外光照或引入微氧化環(huán)境實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體性單壁碳納米管的選擇性生長(zhǎng)、在單壁碳納米管上克隆生長(zhǎng)出同一手性的碳納米管等，為本工作的深入開展指引了方向。研究還表明單壁碳納米管的手性結(jié)構(gòu)是由生長(zhǎng)初期的端帽構(gòu)型所決定的。（三）可行性分析碳納米管的導(dǎo)電屬性及手性控制金屬性及半導(dǎo)體性單壁碳納米管在生長(zhǎng)過程中對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光輻照、氣氛、催化劑等會(huì)有不同的響應(yīng)特性，如氧化氣氛及紫外光輻照將優(yōu)先刻蝕金屬性碳納米管，而電磁場(chǎng)對(duì)金屬性碳納米管的作用相對(duì)更強(qiáng)。提出機(jī)械融合方法制備碳納米管網(wǎng)絡(luò)限域復(fù)合高性能電極材料的設(shè)計(jì)思想，大幅提高鋰離子動(dòng)力電池的安全性、功率特性和能量密度。提出多級(jí)逆流變徑流化床及有序結(jié)構(gòu)定向催化生長(zhǎng)技術(shù)，規(guī)模制備超高純度碳納米管及其陣列。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(shí)際應(yīng)用。（6）使用不同結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電屬性的碳納米管，采用超聲噴涂、電泳沉積－熱壓轉(zhuǎn)移聯(lián)用等方法，調(diào)整碳納米管單分散液濃度以及成膜工藝過程參數(shù)，調(diào)整分散液和基材的表面張力，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)充分鋪展，提高碳納米管與聚酯等柔性基體的附著力，制備均勻、厚度可控的碳納米管透明導(dǎo)電薄膜。（5）研究碳納米管復(fù)合電極材料在鋰離子動(dòng)力電池中的應(yīng)用技術(shù)，包括正負(fù)極匹配性和電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用三維在線溫度測(cè)試、加速量熱測(cè)試等手段，結(jié)合溫度場(chǎng)理論，研究碳納米管鋰離子動(dòng)力電池在快速充放電時(shí)的表面溫升、電池內(nèi)部溫度場(chǎng)分布特征，闡明碳納米管提高鋰離子動(dòng)力電池安全性的機(jī)制。（4）研究不同結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)的碳納米管對(duì)復(fù)合電極材料物理和電化學(xué)性能的影響。（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(yùn)特性。（2）發(fā)展碳納米管復(fù)合高容量電極材料的制備技術(shù)。碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及其功能特性的應(yīng)用（1）發(fā)展碳納米管復(fù)合高功率電極材料的制備技術(shù)。（6）建立復(fù)合材料的性能與其微觀結(jié)構(gòu)、碳納米管結(jié)構(gòu)特征、碳納米管排列、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及碳納米管與基體材料交互作用的關(guān)系；計(jì)算模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合考察復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能關(guān)系。（4）采用低場(chǎng)強(qiáng)固態(tài)核磁共振方法研究碳納米管對(duì)橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)微運(yùn)動(dòng)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(duì)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(dòng)態(tài)生熱及耐動(dòng)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。（3）采用乳液共混技術(shù)制備金屬?gòu)?fù)合材料預(yù)制體；表征預(yù)制體中的碳納米管表面結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分；通過控制介質(zhì)成分與混合工藝對(duì)碳納米管表面進(jìn)行防護(hù)。（2）采用乳液共混共沉方法實(shí)現(xiàn)碳納米管在橡膠基體中的均勻分散；應(yīng)用等離子體接枝技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)碳納米管表面有機(jī)官能化程度的調(diào)控，以獲得良好的界面強(qiáng)化，同時(shí)盡量保持碳納米管表面結(jié)構(gòu)完整。（6）利用掃描、透射、高分辨電鏡、拉曼光譜、熒光光譜、熱重分析、表面吸附等手段對(duì)宏量碳納米管進(jìn)行表征，獲得其純度、結(jié)構(gòu)、相對(duì)含量及有序度等信息，建立宏量碳納米管質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)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。（4）利用在線氣相快速分析、在線拉曼光譜分析等方法研究不同尺寸的多級(jí)逆流變徑流化床內(nèi)超高純度碳納米管制備的放大效應(yīng)；建立碳源轉(zhuǎn)化效率、碳納米管純度的在線檢測(cè)及優(yōu)化方法；利用在線拉曼光譜響應(yīng)碳納米管陣列中應(yīng)力的方法研究高純度碳納米管陣列垂直度與流化床操作條件間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)超直碳納米管的批量制備。（2）建立熱態(tài)反應(yīng)器中有序結(jié)構(gòu)催化劑定向生長(zhǎng)碳納米管陣列的在線熱成像檢測(cè)系統(tǒng)，研究有序結(jié)構(gòu)催化劑、工藝條件等與碳納米管生長(zhǎng)及形成宏觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系；利用COH2O等弱氧化劑原位去除無定形炭，提高碳納米管純度及促進(jìn)催化劑的原位再生；采用C13同位素標(biāo)記的方法研究弱氧化劑對(duì)碳納米管質(zhì)量與形貌的影響規(guī)律。面向特定應(yīng)用的碳納米管的批量、低成本可控制備（1）發(fā)展有序結(jié)構(gòu)為催化劑載體的定向生長(zhǎng)高純度、超長(zhǎng)碳納米管的制備技術(shù)。采用計(jì)算模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究單壁碳納米管的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)，提出碳納米管的可控生長(zhǎng)機(jī)制，為納米碳材料的控制制備提供理論指導(dǎo)。（5）利用STMTEM透射電鏡樣品臺(tái)在填充催化劑顆粒的碳納米管兩端施加電壓產(chǎn)生焦耳熱，在透射電鏡下原位觀察碳納米管的催化生長(zhǎng)過程，研究其生長(zhǎng)機(jī)理。（3）利用多波長(zhǎng)激光拉曼光譜、吸收光譜、熒光光譜等表征單壁碳納米管的導(dǎo)電屬性及手性；利用透射電子顯微鏡衍射譜表征單壁碳納米管的手性；采用搭接電極的方法直接表征單壁碳納米管的電子輸運(yùn)特性。（2）與傳統(tǒng)催化生長(zhǎng)單壁碳納米管的方法不同，提出利用碳納米結(jié)構(gòu)作為控制生長(zhǎng)碳納米管的“種籽”，如采用切短的單壁碳納米管、開口的C60和通過有機(jī)合成獲得的“碳碗”結(jié)構(gòu)等作為“端帽”，采用CVD方法生長(zhǎng)單壁碳納米管。本項(xiàng)目的順利完成將增強(qiáng)我國(guó)在納米科技領(lǐng)域特別是碳納米管領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，并帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。因此本項(xiàng)目提出控制制備導(dǎo)電屬性和手性均一的碳納米管，發(fā)展高純度、結(jié)構(gòu)可控碳納米管的低成本、大批量制備技術(shù)，進(jìn)而研究開發(fā)碳納米管/橡膠、碳納米管/輕金屬、鋰離子動(dòng)力電池用碳納米管復(fù)合電極材料及碳納米管透明導(dǎo)電薄膜，推動(dòng)其在飛行器成像系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)件、汽車輪胎、鋰離子動(dòng)力電池及柔性光電器件中的應(yīng)用。三、研究方案（一）學(xué)術(shù)思路與技術(shù)途徑實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用并為社會(huì)創(chuàng)造財(cái)富和價(jià)值是碳納米管研發(fā)的最終目標(biāo)，而針對(duì)特定應(yīng)用批量、低成本和可控制備出碳納米管是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的重要前提條件。（6）在國(guó)際知名科技期刊發(fā)表論文180篇以上（%），特別是發(fā)表一系列高影響力、引領(lǐng)性的論文；申請(qǐng)發(fā)明專利20項(xiàng)以上，并重視專利的推廣和實(shí)施。C熱箱安全性測(cè)試），并推動(dòng)其在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用。研制出高性能碳納米管復(fù)合飛行器成像系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)件及汽車輪胎，并推動(dòng)其規(guī)?；瘧?yīng)用。（3）建立碳納米管/橡膠及碳納米管/輕金屬?gòu)?fù)合材料的優(yōu)化制備技術(shù)；揭示碳納米管復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)特征及其結(jié)構(gòu)性能關(guān)系。獲得單一導(dǎo)電屬性的碳納米管：半導(dǎo)體性碳納米管純度達(dá)到99%；金屬性碳納米管的純度達(dá)到90%。（5）建設(shè)一個(gè)科研水平和能力位居國(guó)際前列的碳納米管研究與開發(fā)基地。（3）提出碳納米管復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，建立低成本、高性能碳納米管復(fù)合材料的宏量制備技術(shù)，推進(jìn)碳納米管復(fù)合材料在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用。項(xiàng)目名稱：碳納米管的可控制備方法及規(guī)模應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究二、預(yù)期目標(biāo)項(xiàng)目總體目標(biāo)：（1）建立和發(fā)展單壁碳納米管的導(dǎo)電屬性和手性可控制備及分離方法，揭示碳納米管的可控生長(zhǎng)原理，實(shí)現(xiàn)單壁碳納米管的導(dǎo)電屬性與手性的有效控制。（2）發(fā)展針對(duì)應(yīng)用的特定結(jié)構(gòu)碳納米管的高純度、低成本、批量化可控制備技術(shù)和裝置，實(shí)現(xiàn)高純度、易分散、形貌和結(jié)構(gòu)可控碳納米管及其陣列的宏量制備，為碳納米管的規(guī)?；瘧?yīng)用提供材料保障。（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(dòng)碳納米管在鋰離子動(dòng)力電池及柔性光電器件中的實(shí)際應(yīng)用。五年預(yù)期目標(biāo)：（1）建立碳“端帽”導(dǎo)向生長(zhǎng)等直接制備導(dǎo)電屬性及手性均一碳納米管的方法，揭示碳納米管的導(dǎo)電屬性及手性控制制備原理；發(fā)展宏量、低成本分離不同導(dǎo)電屬性碳納米管的電動(dòng)色譜技術(shù)。（2）面向應(yīng)用，發(fā)展高純度、結(jié)構(gòu)可控碳納米管的低成本、規(guī)模化制備技術(shù)和設(shè)備；%碳納米管的年產(chǎn)能達(dá)到千噸級(jí)以上，碳納米管陣列、鯡魚骨狀及高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱等特定結(jié)構(gòu)的碳納米管的產(chǎn)量大于10kg/小時(shí)。制備的碳納米管/輕金屬?gòu)?fù)合材料的力學(xué)、熱物理、摩擦磨損等性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有復(fù)合材料；制備出用于輪胎胎肩膠的高強(qiáng)度、高耐熱、高導(dǎo)熱的碳納米管/橡膠復(fù)合材料，通過比標(biāo)準(zhǔn)載重量提高40％的輪胎耐久性實(shí)驗(yàn)。（4）發(fā)展用于鋰離子動(dòng)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(dòng)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。（5）揭示碳納米管的單分散與再組裝成膜規(guī)律，研制出透明（≥80% at 550 nm）、導(dǎo)電（R□＝10～200Ω／□）、柔韌（彎折1萬次，電阻不發(fā)生變化）的碳納米管透明導(dǎo)電薄膜，推動(dòng)其在柔性顯示器中的應(yīng)用。造就中青年學(xué)術(shù)帶頭人5名以上，其中在國(guó)際上較有影響力的科學(xué)家23名；培養(yǎng)研究生50名以上。而且從學(xué)科發(fā)展來看，可控制備和應(yīng)用研究也是當(dāng)前碳納米管研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。即面向國(guó)家重大需求，重點(diǎn)針對(duì)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(shí)用化的瓶頸技術(shù)，大力推動(dòng)碳納米管在航空航天、交通運(yùn)輸、清潔能源等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。 基于上述學(xué)術(shù)思路和研究目標(biāo)，提出相應(yīng)的技術(shù)途徑如下：碳納米管的導(dǎo)電屬性及手性控制（1）采用CVD法和電弧放電法制備單壁碳納米管，在制備過程中原位施加電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光輻照及調(diào)控反應(yīng)氣氛和壓力等，考察其對(duì)生成單壁碳納米管的導(dǎo)電屬性及手性的影響。考察各種碳納米結(jié)構(gòu)和制備條件對(duì)單壁碳納米管生長(zhǎng)的影響，并研究其結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制。（4）采用離子濺射、旋涂等方法在基片表面沉積SiOx、SiC、B、C等非金屬薄膜，并以此為催化劑生長(zhǎng)單壁碳納米管；表征催化劑的微觀結(jié)構(gòu)及其與碳納米管的結(jié)合方式，探索非金