【正文】 屬催化劑生長(zhǎng)和調(diào)控碳納米管結(jié)構(gòu)的機(jī)制。設(shè)計(jì)與激光拉曼光譜聯(lián)用的微型CVD系統(tǒng)，利用拉曼光譜原位研究不同類型碳納米管的生長(zhǎng)過程。（6）發(fā)展電泳與色譜分離相結(jié)合的碳納米管宏量分離技術(shù)，通過分散劑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、多孔分離介質(zhì)如瓊脂糖凝膠結(jié)構(gòu)的改性，調(diào)制分離介質(zhì)與不同導(dǎo)電屬性碳納米管相互作用的特異性，在電場(chǎng)作用下，實(shí)現(xiàn)碳納米管的高效、低成本的宏量分離。以蛭石、水滑石、棒狀纖維及球形顆粒等有序結(jié)構(gòu)為載體擔(dān)載金屬催化劑，使碳納米管可有序定向生長(zhǎng)或折疊成受力小、傳遞阻力低的狀態(tài)，抑制催化劑失活；利用高分辨透射電鏡與化學(xué)吸附相結(jié)合的手段研究在不同溫度下金屬催化劑分散度的表征與調(diào)控方法。（3）針對(duì)定向高純度碳納米管聚集體所具有的低密度、高體積膨脹比及低反應(yīng)器利用率等工程問題，提出多級(jí)逆流變直徑流化床等新型反應(yīng)器的設(shè)計(jì)思想，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(jí)逆流變徑流化床反應(yīng)器中的氣固流體力學(xué)；優(yōu)化反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研究在催化劑連續(xù)加入與碳納米管連續(xù)取出過程中，保持碳納米管品質(zhì)均一的方法。（5）高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性及鯡魚骨狀碳納米管的制備。調(diào)控催化劑種類、反應(yīng)氣氛等工藝條件，實(shí)現(xiàn)批量制備直徑可控的鯡魚骨狀碳納米管。碳納米管復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控與性能優(yōu)化（1）設(shè)計(jì)可逆的氧化還原反應(yīng)，采用酸處理等方法對(duì)碳納米管表面進(jìn)行微弱氧化，賦予碳納米管表面一定的官能團(tuán)，經(jīng)超聲、機(jī)械攪拌和離心分離等方法獲得碳納米管分散液，并利用Zeta電位儀、粒度分析儀、透射電鏡、吸收光譜等對(duì)其進(jìn)行表征；研究分散條件對(duì)碳納米管在溶液中分散狀態(tài)與穩(wěn)定性的影響；獲得碳納米管單分散的優(yōu)化條件。采用電子顯微術(shù)及橡膠加工分析儀測(cè)試復(fù)合材料的非線性黏彈性等方法表征碳納米管在橡膠復(fù)合材料中的分散情況、界面結(jié)合狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，研究它們與制備方法和工藝條件的關(guān)系規(guī)律。使用粉末冶金方法制備金屬?gòu)?fù)合材料坯體；采用攪拌摩擦加工與鍛壓等塑性變形技術(shù)加工坯體；通過電子顯微分析等方法表征復(fù)合材料中的碳納米管的結(jié)構(gòu)、分布與界面結(jié)構(gòu)；通過攪拌摩擦加工與其它變形加工手段建立碳納米管三維分布結(jié)構(gòu)。（5）設(shè)計(jì)、制備不同結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)碳納米管/輕金屬基復(fù)合材料，研究其強(qiáng)度、模量、硬度、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、微蠕變及熱膨脹性能等，揭示碳納米管結(jié)構(gòu)對(duì)金屬基復(fù)合材料微觀組織和性能的影響規(guī)律。（7）優(yōu)化碳納米管復(fù)合材料的制備與加工工藝，制備基于碳納米管復(fù)合材料的高性能飛行器成像系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)件、汽車輪胎樣件等，并推進(jìn)其應(yīng)用。采用漿態(tài)混合實(shí)現(xiàn)碳納米管在溶液中的均勻分散；采用機(jī)械融合方法將碳納米管與磷酸鐵鋰、人造石墨等電極材料均勻復(fù)合，并在復(fù)合電極材料中構(gòu)建碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。采用多級(jí)復(fù)合技術(shù)，將碳納米管與高容量電極材料復(fù)合，制備微米級(jí)高容量復(fù)合電極材料；采用機(jī)械融合方法使高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱碳納米管在高容量復(fù)合電極材料中構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，全面提高電極材料的容量、功率特性及循環(huán)壽命。利用TEMSTM聯(lián)用裝置、FIB和交流阻抗譜儀等設(shè)備，在微米尺度研究碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的界面效應(yīng)、納米尺寸效應(yīng)、熱傳導(dǎo)和熱傳質(zhì)過程，考察電化學(xué)過程中SEI膜的形成以及對(duì)傳熱等輸運(yùn)過程和復(fù)合電極材料性能的影響；采用循環(huán)伏安法考察碳納米管復(fù)合電極材料中的鋰離子嵌入和脫出過程以及循環(huán)特性。采用電化學(xué)、循環(huán)伏安、拉曼光譜、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等測(cè)試方法，闡明碳納米管的結(jié)構(gòu)參數(shù)、加入量、搭接狀態(tài)、網(wǎng)格密度等對(duì)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。實(shí)現(xiàn)碳納米管復(fù)合電極材料在高功率鋰離子動(dòng)力電池中的應(yīng)用。（7）采用氫鹵酸處理等化學(xué)或物理方法對(duì)碳納米管薄膜進(jìn)行還原，恢復(fù)碳納米管的結(jié)構(gòu)完整性，降低碳納米管間的接觸電阻，獲得高性能碳納米管透明導(dǎo)電薄膜。（二）創(chuàng)新點(diǎn)提出碳“端帽”導(dǎo)向生長(zhǎng)方法，控制制備導(dǎo)電屬性和手性均一的單壁碳納米管；提出碳納米管導(dǎo)電屬性的電泳色譜宏量分離方法。提出碳納米管的可逆表面官能化方法，發(fā)展碳納米管的高效單分散技術(shù)。研制出碳納米管增強(qiáng)橡膠和金屬基復(fù)合材料，用于長(zhǎng)壽命、高安全性輪胎和耐空天環(huán)境光機(jī)支撐結(jié)構(gòu)件。因此通過原位物理/化學(xué)調(diào)控可望實(shí)現(xiàn)不同導(dǎo)電屬性單壁碳納米管的選擇性生長(zhǎng)或分離。因此本項(xiàng)目提出通過外場(chǎng)誘導(dǎo)來控制半導(dǎo)體性或金屬屬性的單壁碳納米管的生長(zhǎng)，并以富勒烯分子、短切開口的碳納米管片段及有機(jī)合成的“碳碗”結(jié)構(gòu)等特殊設(shè)計(jì)的端帽結(jié)構(gòu)作為催化劑生長(zhǎng)碳納米管，通過對(duì)端帽結(jié)構(gòu)的調(diào)控實(shí)現(xiàn)控制單壁碳納米管手性的目的。碳納米管的微觀結(jié)構(gòu)與催化劑（組分、尺度、晶形及表面狀態(tài)）等密切相關(guān)，因此深入研究催化劑的特征、制備和后處理方法，調(diào)控催化劑的組分、結(jié)構(gòu)和均一性，將有助于對(duì)碳納米管生長(zhǎng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，并可望實(shí)現(xiàn)單壁碳納米管的導(dǎo)電屬性和手性可控制備。比較研究金屬和非金屬催化劑的催化特性并探索其催化機(jī)制將有助于單壁碳納米管的導(dǎo)電屬性和手性控制制備研究。首先在陽極氧化鋁模板法制備的結(jié)晶度較差的碳納米管內(nèi)腔填充納米催化劑/催化劑前驅(qū)體顆粒，利用STMTEM樣品臺(tái)在單根碳納米管中通過較大電流（微安級(jí)），使局部溫度達(dá)到2000℃以上。拉曼光譜是一種無損檢測(cè)碳納米管結(jié)構(gòu)的有效手段，研制微型化學(xué)氣相沉積設(shè)備并將其移至拉曼光譜的顯微鏡下生長(zhǎng)碳納米管，則在碳納米管的生長(zhǎng)過程中可原位監(jiān)控其結(jié)構(gòu)演化過程。采用以上新思路、新方法對(duì)碳納米管結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，結(jié)合原位生長(zhǎng)和計(jì)算模擬研究，可望在碳納米管的導(dǎo)電屬性控制和生長(zhǎng)機(jī)理研究方面取得突破。由于金屬性和半導(dǎo)體性碳納米管表面電荷密度不同，一些分散劑分子會(huì)在兩類碳納米管表面呈現(xiàn)出不同的吸附性質(zhì)或明顯不同的聚集狀態(tài)，這種差異的存在是濕法分離技的基礎(chǔ)。特別是研究發(fā)現(xiàn)瓊脂糖凝膠與半導(dǎo)體碳納米管間具有特異性相互作用。此外，由于電泳可以使荷電物種根據(jù)荷質(zhì)比大小形成梯度分離，多孔分離介質(zhì)的使用將有利于提高分離純化的效率。碳納米管的低成本、批量可控制備本項(xiàng)目提出的有序結(jié)構(gòu)催化劑定向催化生長(zhǎng)碳納米管，主要是為了控制金屬催化劑的高分散度、少用量及高活性，從而實(shí)現(xiàn)高純度碳納米管的高效生長(zhǎng)。若采用人工合成的方法得到結(jié)構(gòu)可控的水滑石化合物，以此作為催化劑載體可大幅度提高金屬的分散度，降低金屬用量。此外，H2O、CO2等弱氧化介質(zhì)可原位去除無定形炭，延長(zhǎng)催化劑壽命，提高納米管的生長(zhǎng)效率及純度。為了實(shí)現(xiàn)碳納米管的規(guī)模制備，本項(xiàng)目還首次提出了多級(jí)逆流變徑流化床技術(shù)。多級(jí)逆流流化床已被本項(xiàng)目組用于聚氯乙烯顆粒干燥（510萬噸/年）、煉油過程的汽提裝置（100萬噸/年）及甲醇制丙烯過程中，工藝和設(shè)備較為成熟。結(jié)合在線拉曼光譜分析、在線氣體分析等手段，可實(shí)現(xiàn)多級(jí)逆流變徑流化床反應(yīng)器中碳源高轉(zhuǎn)化效率、碳納米管高純度及催化劑高活性的兼顧與優(yōu)化，有助于實(shí)現(xiàn)碳納米管的低成本、大批量、高純度制備。碳納米管復(fù)合材料的制備技術(shù)與性能優(yōu)化本項(xiàng)目提出將碳納米管增強(qiáng)橡膠復(fù)合材料應(yīng)用于汽車輪胎胎肩橡膠，以提高輪胎的安全性和耐久性。復(fù)合材料中增強(qiáng)相的分散程度及其與基體的結(jié)合情況在很大程度上決定了復(fù)合材料的性能。低溫冷等離子體技術(shù)處理填料具有作用力強(qiáng)、穿透力小、效率高、無污染、反應(yīng)程度容易控制等特點(diǎn)，而且無溶劑參與，對(duì)材料本體性質(zhì)沒有影響。本項(xiàng)目組在橡膠納米復(fù)合材料制備、納米增強(qiáng)機(jī)制和結(jié)構(gòu)－性能關(guān)系上開展了長(zhǎng)期研究工作，在橡膠納米復(fù)合材料的規(guī)?；瘧?yīng)用上有豐富的技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)，與國(guó)內(nèi)大型輪胎企業(yè)（如風(fēng)神、三角、玲瓏）有良好的長(zhǎng)期合作關(guān)系，這些均為本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)碳納米管增強(qiáng)橡膠復(fù)合材料在輪胎中的規(guī)?；瘧?yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。水相分散與乳液混合是制備金屬基復(fù)合材料與金屬陶瓷預(yù)制體等的常用方法，可以實(shí)現(xiàn)密度、尺寸等特征差異較大的原料粉末之間的均勻混合。真空熱壓技術(shù)是最為成熟的金屬基復(fù)合材料粉末致密化技術(shù)。金屬基復(fù)合材料的變形加工則是一種成熟的復(fù)合材料成型技術(shù)，在陶瓷顆粒、晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中獲得成功應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外已有一些成功進(jìn)行碳納米管金屬?gòu)?fù)合材料擠壓加工的研究報(bào)道。碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及其功能特性應(yīng)用利用碳納米管優(yōu)良的導(dǎo)電及導(dǎo)熱特性，可有效提高鋰離子動(dòng)力電池的安全性及高功率特性。碳納米管的高導(dǎo)電性還可有效降低電極材料顆粒間的極化，提高動(dòng)力電池的高功率放電特性。因此，碳納米管復(fù)合電極材料的設(shè)計(jì)思路可行。影響碳納米管薄膜透明導(dǎo)電性的關(guān)鍵因素包括碳納米管本身的光電特性、碳納米管間的接觸電阻及二維輸運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。本項(xiàng)目提出的采用酸氧化和氫鹵酸還原的方法，可獲得高度分散的單壁碳納米管。因此碳納米管的可逆表面官能化是實(shí)現(xiàn)碳納米管單分散并保持其優(yōu)異物性的有效方法。柔韌性決定了碳納米管薄膜能否在柔性器件中獲得應(yīng)用。擬通過調(diào)整分散液和基材的表面張力，在充分潤(rùn)濕的情況下使碳納米管導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)充分鋪展，來提高碳納米管與基體的附著力；同時(shí)還可通過熱壓、添加粘結(jié)劑、微波加熱等方法來改善粘附性。因此通過改善碳納米管與基體的粘附力提高薄膜柔韌性的路線是可行的。本項(xiàng)目集中了國(guó)內(nèi)碳納米管研究領(lǐng)域的主要優(yōu)勢(shì)團(tuán)隊(duì)，結(jié)合各自研究基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)，既有明確課題分工，又相互合作與聯(lián)系，以保證本項(xiàng)目的順利實(shí)施，并力爭(zhēng)突破碳納米管研究中可控制備和實(shí)際應(yīng)用這兩個(gè)瓶頸問題。此外，碳納米管的規(guī)?；瘧?yīng)用研究必將成為碳納米管制備研究的重要?jiǎng)恿蜖恳?，并推?dòng)碳納米管研究領(lǐng)域的整體發(fā)展。 獲得導(dǎo)電屬性或手性均一的碳納米管，為其性能研究和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容：在制備過程中原位施加電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度擾動(dòng)、光輻照等外場(chǎng)耦合，考察其對(duì)碳納米管導(dǎo)電屬性選擇性的影響，并探討相關(guān)機(jī)理。發(fā)展宏量制備單一導(dǎo)電屬性或手性單壁碳納米管的方法。建立在透射電鏡及激光拉曼光譜下原位研究碳納米管生長(zhǎng)過程的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究碳納米管在生長(zhǎng)過程中的結(jié)構(gòu)演變規(guī)律。主要承擔(dān)單位：xxx課題負(fù)責(zé)人：xxx經(jīng)費(fèi)比例：%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)研究研究目標(biāo)：建立高活性、高效率定向催化生長(zhǎng)碳納米管的有序結(jié)構(gòu)催化劑的設(shè)計(jì)原理和制備方法。發(fā)展高純度、超直碳納米管及其陣列的批量（千噸級(jí)/年）制備技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容：設(shè)計(jì)與合成用于碳納米管定向、高效生長(zhǎng)的有序結(jié)構(gòu)納米層狀金屬催化劑。研究大尺寸多級(jí)逆流變徑流化床反應(yīng)器中氣固流體力學(xué)對(duì)CVD法生長(zhǎng)碳納米管的影響規(guī)律。規(guī)模制備高純度碳納米管及高導(dǎo)電、導(dǎo)熱碳納米管和鯡魚骨狀碳納米管。主要承擔(dān)單位：xxx課題負(fù)責(zé)人：xxx經(jīng)費(fèi)比例：%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)用研究研究目標(biāo)：建