碳納米管內(nèi)組裝金屬催化劑及電學(xué)性質(zhì)與擇形效應(yīng)研究

針對(duì)碳納米管（CNT）的導(dǎo)電性，管內(nèi)的強(qiáng)吸附勢(shì)場(chǎng)，可調(diào)變的內(nèi)腔空間，以及毛細(xì)吸附等特性，提出在不同管徑的CNT管腔內(nèi)組裝Ni、Pd、Co等金屬催化劑，利用EXAFS、ESR、XPS、Raman等技術(shù)，測(cè)定和比較管內(nèi)組裝和管外負(fù)載金屬催化劑的電學(xué)性能，通過(guò)與催化性能、活性金屬表面、粒徑大小等因素的關(guān)聯(lián)，揭示碳管載體在催化反應(yīng)中的作用機(jī)理。納米管內(nèi)組裝均勻分散的納米金屬簇是制備該類催化劑的關(guān)鍵。利用不同管徑碳管對(duì)不同尺寸分子吸附等溫線的測(cè)定，以及通過(guò)CO加氫制烴等反應(yīng)，進(jìn)一步研究碳管載體對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的限制作用，研究管內(nèi)組裝催化劑的擇形效應(yīng)，提出微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制，最終設(shè)計(jì)開發(fā)功能結(jié)構(gòu)一體化的高性能的擇形催化劑材料。

在工地現(xiàn)場(chǎng)，盤形滾刀組裝與拆卸通常是在隨機(jī)提供的小型刀具維修車間內(nèi)進(jìn)行，為了節(jié)省運(yùn)輸時(shí)間，刀具車間一般布置在進(jìn)洞口附近一側(cè)。盤形滾刀的刀圈與刀體、軸承內(nèi)圈與心軸是過(guò)盈配合，其組裝與拆卸需要特殊工藝處理。

盤形滾刀組裝

1.刀圈、軸承內(nèi)圈預(yù)先分別加熱，使零件內(nèi)圓受熱膨脹漲大后立即裝配，待零件冷卻后，即能達(dá)到預(yù)期的過(guò)盈配合(具體組裝要求參見(jiàn)產(chǎn)品說(shuō)明書)。例：羅賓斯全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)19in盤形滾刀組裝時(shí)，刀圈預(yù)先加溫到160℃，隨即裝入刀體；軸承內(nèi)圈加熱到120℃時(shí)裝人心軸；待零件冷卻后，即能達(dá)到預(yù)期的過(guò)盈配合要求。

2.隔離圈的安裝是根據(jù)兩個(gè)圓錐滾子軸承在刀體內(nèi)軸承內(nèi)圈小端端面間間距而定，隔離圈的寬度，需經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)磨配，其寬度公差應(yīng)小于測(cè)量寬度。例：維爾特全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)17in盤形滾刀內(nèi)隔離圈的安裝寬度應(yīng)小于測(cè)量值的0.2mm，裝配后使軸承處于預(yù)緊狀態(tài)，檢測(cè)刀具扭矩在60-80N·m范圍內(nèi)為合格。

3.維爾特全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)17in盤形滾刀，螺釘(在圖2-20，圖2-21，圖2-22中編號(hào)均為12)裝配時(shí)用密封膠粘結(jié)(CASCOK No．119)；刀體內(nèi)腔注入80%，約730cm3潤(rùn)滑油（型號(hào)320），含1%異味劑(Molyvan，1．5L Mystik Jt-7 SAE90-140，1%Molyvan)，當(dāng)軸承、密封受損，潤(rùn)滑油溢出時(shí)，就能嗅到帶有刺激性的奇臭，警示刀具損壞，可及時(shí)更換。

盤形滾刀拆卸

拆卸刀圈與軸承時(shí)，磨損報(bào)廢刀圈用砂輪切斷卸下，軸承內(nèi)圈由專用臺(tái)式壓力機(jī)壓出。

碳納米管力學(xué)

由于碳納米管中碳原子采取SP2雜化，相比SP3雜化，SP2雜化中S軌道成分比較大，使碳納米管具有高模量和高強(qiáng)度。

碳納米管具有良好的力學(xué)性能，CNTs抗拉強(qiáng)度達(dá)到50～200GPa,是鋼的100倍,密度卻只有鋼的1/6，至少比常規(guī)石墨纖維高一個(gè)數(shù)量級(jí)；它的彈性模量可達(dá)1TPa，與金剛石的彈性模量相當(dāng)，約為鋼的5倍。對(duì)于具有理想結(jié)構(gòu)的單層壁的碳納米管，其抗拉強(qiáng)度約800GPa。碳納米管的結(jié)構(gòu)雖然與高分子材料的結(jié)構(gòu)相似，但其結(jié)構(gòu)卻比高分子材料穩(wěn)定得多。碳納米管是目前可制備出的具有最高比強(qiáng)度的材料。若將以其他工程材料為基體與碳納米管制成復(fù)合材料, 可使復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的強(qiáng)度、彈性、抗疲勞性及各向同性，給復(fù)合材料的性能帶來(lái)極大的改善。

碳納米管的硬度與金剛石相當(dāng)，卻擁有良好的柔韌性，可以拉伸。在工業(yè)上常用的增強(qiáng)型纖維中，決定強(qiáng)度的一個(gè)關(guān)鍵因素是長(zhǎng)徑比，即長(zhǎng)度和直徑之比。材料工程師希望得到的長(zhǎng)徑比至少是20:1，而碳納米管的長(zhǎng)徑比一般在1000:1以上，是理想的高強(qiáng)度纖維材料。2000年10月，美國(guó)賓州州立大學(xué)的研究人員稱，碳納米管的強(qiáng)度比同體積鋼的強(qiáng)度高100倍，重量卻只有后者的1/6到1/7。碳納米管因而被稱“超級(jí)纖維”。

莫斯科大學(xué)的研究人員曾將碳納米管置于1011 MPa的水壓下（相當(dāng)于水下10000米深的壓強(qiáng)），由于巨大的壓力，碳納米管被壓扁。撤去壓力后，碳納米管像彈簧一樣立即恢復(fù)了形狀，表現(xiàn)出良好的韌性。這啟示人們可以利用碳納米管制造輕薄的彈簧，用在汽車、火車上作為減震裝置，能夠大大減輕重量。

此外，碳納米管的熔點(diǎn)是已知材料中最高的。

碳納米管導(dǎo)電

碳納米管上碳原子的P電子形成大范圍的離域π鍵，由于共軛效應(yīng)顯著，碳納米管具有一些特殊的電學(xué)性質(zhì)。

碳納米管具有良好的導(dǎo)電性能，由于碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨的片層結(jié)構(gòu)相同，所以具有很好的電學(xué)性能。理論預(yù)測(cè)其導(dǎo)電性能取決于其管徑和管壁的螺旋角。當(dāng)CNTs的管徑大于6nm時(shí)，導(dǎo)電性能下降；當(dāng)管徑小于6nm時(shí)，CNTs可以被看成具有良好導(dǎo)電性能的一維量子導(dǎo)線。有報(bào)道說(shuō)Huang通過(guò)計(jì)算認(rèn)為直徑為0.7nm的碳納米管具有超導(dǎo)性，盡管其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度只有1.5×10-4K，但是預(yù)示著碳納米管在超導(dǎo)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

常用矢量Ch表示碳納米管上原子排列的方向，其中Ch=na₁ ma₂，記為（n，m）。a₁和a₂分別表示兩個(gè)基矢。（n，m）與碳納米管的導(dǎo)電性能密切相關(guān)。對(duì)于一個(gè)給定（n，m）的納米管，如果有2n m=3q（q為整數(shù)），則這個(gè)方向上表現(xiàn)出金屬性，是良好的導(dǎo)體，否則表現(xiàn)為半導(dǎo)體。對(duì)于n=m的方向，碳納米管表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性，電導(dǎo)率通?？蛇_(dá)銅的1萬(wàn)倍。

碳納米管傳熱

碳納米管具有良好的傳熱性能，CNTs具有非常大的長(zhǎng)徑比，因而其沿著長(zhǎng)度方向的熱交換性能很高，相對(duì)的其垂直方向的熱交換性能較低，通過(guò)合適的取向，碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導(dǎo)材料。另外，碳納米管有著較高的熱導(dǎo)率，只要在復(fù)合材料中摻雜微量的碳納米管 ,該復(fù)合材料的熱導(dǎo)率將會(huì)可能得到很大的改善。

碳納米管其他

碳納米管還具有光學(xué)等其他良好的性能。