氣相生長納米炭纖維的研究進展


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1　氣相生長納米炭纖維概述

炭纖維是一種主要以sp2雜化形成的一維結(jié)構(gòu)炭材料。根據(jù)其合成方式和直徑不同可分為：有機前軀體炭纖維（PAN基、粘膠絲基、瀝青基炭纖維）、氣相生長炭纖維(Vapor-grown carbon fiber 簡稱 VGCF)、氣相生長納米炭纖維(Vapor-grown carbon nanofiber 簡稱VGCNF)、炭納米管（carbon nanotube 簡稱CNT），如圖1所示。自從1991年Iijima ［1］　發(fā)現(xiàn)納米炭管以來，由于其特殊的物理性能和力學(xué)性能而引起科學(xué)家們的廣泛興趣，同時也促進了氣相生長炭纖維在納米尺度上即氣相生長納米炭纖維的研究。　　

氣相生長納米炭纖維一般以過渡族金屬Fe、Co、Ni 及其合金為催化劑，以低碳烴化合物為碳源，氫氣為載氣，在873 K～1 473 K下生成的一種納米尺度炭纖維。它與一般氣相生長炭纖維(VGCF)所不同的是，納米炭纖維除了具有普通VGCF的特性如低密度、高比模量、高比強度、高導(dǎo)電等性能外，還具有缺陷數(shù)量非常少、比表面積大、導(dǎo)電性能好、結(jié)構(gòu)致密等優(yōu)點，可望用于催化劑和催化劑載體、鋰離子二次電池陽極材料、雙電層電容器電極、高效吸附劑、分離劑、結(jié)構(gòu)增強材料等。Tibbetts［2］在研究了VGCF的物理特性以后，發(fā)現(xiàn)小直徑氣相生長炭纖維的強度比大直徑的強度要大。　　Endo［3］用透射電鏡觀察到氣相生長法熱解生成的炭納米管和電弧法生成的炭納米管的結(jié)構(gòu)完全相同。所有這些，都使氣相生長納米炭纖維的研制工作進入了一個新階段。　　

另外，從圖1的直徑分布來看，納米炭纖維處于普通氣相生長炭纖維和納米炭管之間，這決定了納米炭纖維的結(jié)構(gòu)和性能處于普通炭纖維和納米炭管的過渡狀態(tài)，因而，研究普通炭纖維、納米炭纖維、納