不锈钢基碳纳米管的制备、微观结构及电化学性能研究

摘要

碳纳米管(CNTs)具有优良的机械和电学性能，在电化学储能器件、电化学传感器等领域已成为研究热点。目前多是通过在基底上分散铁系元素的纳米粒子作为催化剂，采用化学气相沉积等方法制备CNTs。然而纳米尺寸的催化剂分布难以控制，并且容易团聚，使得CNTs的制备过程变得复杂。Fe、Ni元素在不锈钢材料中大量存在，因此可以在不锈钢基底上直接生长出CNTs。然而，制备的CNTs电化学活性低，限制了其在电化学等领域的应用。本文在316L不锈钢基底上制备CNTs，将所得的CNTs在空气中控制条件进行表面氧化，以暴露出更多的边平面结构，改善CNTs电化学活性，应用于超级电容器和电化学传感器的研究。主要结果如下:
　　1、以乙炔为碳源，利用化学气相沉积法在316L不锈钢表面制备出CNTs，管径约为120nm，接着对试样在空气气氛下进行不同温度(450℃、500℃、550℃)保温120min处理，制备成电极后检测其电容性能。研究表明，随着热处理温度的提高，材料暴露出边平面，响应电流得到提升。材料由疏水变为超亲水状态，表面杂化结构增多，促进电解质离子与材料接触，电子转移速率加快。并得出最优热处理温度为500℃。
　　2、在热处理温度为500℃条件下，对316L不锈钢基CNTs进行不同保温时间(60min、120min、180min)的处理，之后在大量抗坏血酸(AA)存在的条件下检测尿酸(UA)。研究表明，随着保温时间的增加，材料被烧蚀程度加深，但是CNTs的无序度变化较小;经过电化学传感测试，原始试样和450℃、550℃处理的试样电极均不能明显区分UA、AA峰位，500℃处理的试样具有明显的电位峰，电位差较宽。其中500℃、120min处理的试样对UA的检测最佳，线性度为0.990。相对于热处理温度，热处理时间对于CNTs的电化学活性影响较弱。

目录

声明

摘要

1．1 碳纳米管简介

1．1．1 碳纳米管结构

1．1．2 碳纳米管性能

1．1．3 碳纳米管制备

1．2 碳纳米管与电化学性能研究

1．2．1 碳纳米管结构与电化学性能关系研究

1．2．2 碳纳米管的电化学应用研究

1．3 不锈钢基碳纳米管的制备及应用

1．3．1 不锈钢基碳纳米管的制备

1．3．2 不锈钢基碳纳米管的应用

1．4 本文选题背景和研究内容

第2章 实验材料、仪器及表征手段

2．1 实验材料与仪器

2．2 表征手段

2．2．1 结构表征

2．2．2 电化学性能测试

2．3 本章小结

第3章 不锈钢基碳纳米管制备及电化学电容性研究

3．1 引言

3．2 316L不锈钢基碳纳米管的制备

3．2．1 实验方法

3．2．2 研究内容

3．3 结果与讨论

3．3．1 316L不锈钢基沉积碳纳米管参数的优化

3．3．2 316L不锈钢基碳纳米管形貌结构分析

3．3．3 316L不锈钢基碳纳米管电容性能分析

3．4 本章小结

第4章 热处理不锈钢基碳纳米管电化学传感性研究

4．1 引言

4．2 热处理316L不锈钢基碳纳米管制备

4．2．1 实验方法与优化

4．2．2 研究内容

4．3 结果与讨论

4．3．1 形貌结构分析

4．3．2 电化学传感测试

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目