自碳納米管成為學術界的熱點以來，全球的科學家在此領域開展了繫統深入的工作，並先後出版了各種碳納米管相關的專著。我國科學家在碳納米管的制備、表征、性質、應用領域均走在世界的前沿，特別是在碳納米管的可控制備以及應用領域取得了一繫列重大突破，具有很大的學術、產業及國際影響力。本書繫統總結了強化大學魏飛教授團隊在（1）水平陣列碳納米管完美結構的控制及其超強材料與電子材料的應用以及（2）插層陣列碳納米管及石墨烯-碳納米管雜化物等垂直陣列碳納米管的宏量制備、純化與應用方面的研究。

●第一章 緒論 001
第一節 碳納米材料與碳納米管 003
一、碳納米材料概述 003
二、碳納米管的出現 004
第二節 碳納米管結構與性能 006
一、碳納米管的結構 006
二、碳納米管的優異性能與應用 010
第三節 碳納米管的宏量制備 015
一、碳納米管的工程化 015
二、碳納米管的應用 017
參考文獻 018

第二章 水平陣列碳納米管的制備 021
第一節 概述 022
一、碳納米管原子層面的生長機理及影響因素 022
二、水平陣列碳納米管的生長模式 026
三、水平陣列碳納米管的Schulz-Flory 分布生長理論 029
四、碳納米管克隆生長機理 033
第二節 水平陣列碳納米管的結構控制 035
一、水平陣列手性碳納米管自催化生長與定向進化方法 035
二、高純度碳納米管的自純化生長調控 038
三、高密度單色碳納米管線團的原位組裝 049
四、超長水平陣列碳納米管的制備 065
第三節 結構完美的水平陣列碳納米管性質與應用 069
一、碳納米管力學性質及其機械儲能應用 069
二、碳納米管聚集體的力學性能 078
三、碳納米管晶體管與感光器件 085
四、碳納米管集成電路與芯片 091
五、碳納米管的熱學性質 097
六、水平陣列碳納米管的管層間超潤滑性質 103
第四節 結構完美的水平陣列碳納米管的批量制備技術 109
一、批量化超長碳納米管制備 109
二、大面積超長碳納米管的制備與表征 111
參考文獻 116

第三章 垂直陣列碳納米管的可控宏量制備 129
第一節 概述 130
一、垂直陣列碳納米管陣列 130
二、垂直陣列碳納米管制備方法 131
第二節 垂直陣列碳納米管的協同生長 136
一、垂直陣列碳納米管的協同生長機制 136
二、不同曲率表面碳納米管的生長行為 141
三、不同結構表面碳納米管生長機制分析 144
四、利用曲面基板實現碳納米管陣列的制備 146
第三節 垂直陣列碳納米管調變及催化劑設計 148
一、碳納米管多級結構調變概述 148
二、碳納米管/石墨烯雜合組裝結構 152
三、基於LDH的碳納米管雙螺旋的制備 156
第四節 垂直陣列碳納米管結構的批量制備 163
一、碳納米管批量制備的工程原理 163
二、碳納米管陣列的工程化制備 164
三、氮摻雜碳納米管陣列的工程化制備 166
四、流化床中單壁碳納米管/石墨烯雜合物的宏量制備 174
第五節 陣列碳納米管放大生產的多因素分析 176
一、納米聚團流化 176
二、質量、熱量傳遞核算 181
三、流化床反應器中合成碳納米管 183
參考文獻 189

第四章 碳納米管提純和分散 199
第一節 碳納米管提純 200
一、碳納米管雜質形成機理 200
二、單壁碳納米管的純度提升 202
三、碳納米管/石墨烯雜合物的純度提升 204
第二節 碳納米管的預氧化 205
一、單壁碳納米管弱氧化處理 205
二、多壁碳納米管的空氣氧化 210
第三節 碳納米管的酸洗提純 212
第四節 碳納米管的高溫蒸發提純 213
一、高溫提純中碳納米管變化 213
二、多壁聚團碳納米管高溫提純 218
三、真空高溫提純碳納米管金屬脫除機理 219
第五節 碳納米管的氯化提純 223
第六節 手性碳納米管提純技術 224
一、液相色譜技術 224
二、密度梯度超速離心技術 226
三、原位生長調控技術 226
第七節 碳納米管的分散概述 227
第八節 碳納米管的水繫分散 228
一、酸氧化碳納米管水分散 229
二、添加劑輔助單壁碳納米管的水分散 232
第九節 碳納米管的有機分散 233
第十節 碳納米管酸質子化液晶 236
第十一節 碳納米管分散的應用 238
一、鋰離子電池 238
二、透明導電薄膜 239
三、塗料 241
參考文獻 243

第五章 陣列碳納米管的電化學儲能應用 247
第一節 電化學儲能繫統簡介 248
一、電池 248
二、電容器 249
三、碳材料在儲能繫統中的應用 251
第二節 陣列碳納米管的電池應用 252
一、陣列碳納米管的電池正極應用 252
二、陣列碳納米管的電池負極應用 265
第三節 陣列碳納米管的超級電容器應用 269
一、陣列碳納米管作為主電極材料的應用 269
二、陣列碳納米管作為輔助電極材料的應用 278
參考文獻 280

第六章 高性能碳納米管復合材料 285
第一節 概述 286
一、輕質碳纖維復合材料介紹 286
二、輕質碳納米管復合材料介紹 287
第二節 碳納米管復合材料類型 290
一、碳納米管力學復合材料 290
二、碳納米管功能復合材料 291
第三節 碳納米管高強復合材料力學基礎 293
一、碳納米管本征結構 293
二、碳納米管界面強化 295
三、碳納米管取向與空間排布 296
第四節 輕質高強碳納米管復合材料制備技術 298
一、碳納米管纖維及纖維增強復合材料 299
二、碳納米管復合材料制備技術 301
三、碳納米管復合材料增材制造技術 302
第五節 碳納米管功能復合材料的制備技術 303
一、預分散-共混技術 303
二、預分散-原位聚合技術 305
第六節 碳納米管聚合物增強復合材料 305
一、碳納米管增韌熱固性樹脂 305
二、碳納米管增強熱塑性樹脂 311
第七節 碳納米管聚合物導電復合材料 313
一、碳納米管導電塑料 313
二、碳納米管導電薄膜 315
第八節 碳納米管電磁屏蔽和吸收材料 316
一、碳納米管電磁屏蔽材料 317
二、碳納米管電磁吸收材料 320
第九節 碳納米管散熱節能橡膠 322
一、碳納米管聚合物導熱復合材料概述 322
二、碳納米管節能橡膠 323
三、碳納米管高導熱復合材料的工程應用 325
第十節 碳納米管柔性復合材料 325
一、碳納米管柔性傳感器 325
二、碳納米管人造肌肉 327
第十一節 碳納米管金屬基復合材料 329
一、碳納米管鋁基復合材料 330
二、碳納米管鎂基復合材料 333
第十二節 碳納米管陶瓷基復合材料 335
一、碳納米管增韌碳化硅陶瓷 335
二、碳納米管增韌氧化鋁 337
第十三節 碳納米管復合材料發展趨勢 338
參考文獻 340

第七章 碳納米管空氣過濾及吸附應用 345
第一節 納米纖維過濾簡介 346
一、高效空氣過濾材料 346
二、納米纖維過濾材料 347
第二節 碳納米管空氣過濾材料 348
一、碳納米管空氣過濾理論 348
二、納米纖維捕捉氣溶膠顆粒的原位觀察 354
第三節 碳納米管薄膜 360
一、純碳納米管薄膜過濾 360
二、碳納米管/多孔基底復合結構膜 363
第四節 碳納米管納米梯度過濾 364
一、多級結構 364
二、納米梯度結構 368
第五節 碳納米管納米聚團流化床過濾 371
一、納米聚團流化床過濾特點 371
二、納米顆粒物的逸出 373
第六節 碳納米管過濾材料的安全性 374
第七節 碳納米管吸附材料 375
一、碳納米管吸附VOC 375
二、碳納米管去除臭氧 376
參考文獻 378

索引 382

《高純陣列碳納米管制備與應用》是“優選化工材料關鍵技術叢書”的一個分冊。本書在參閱國內外大量有關科技文獻和資料的基礎上，認真總結國內外近期新科研進展，並融入作者多年科研工作的成果，全面介紹了高純陣列碳納米管制備方法和應用技術，詳細論述了水平陣列碳納米管的制備、垂直陣列碳納米管的可控宏量制備、碳納米管的提純和分散、陣列碳納米管的電化學儲能應用、高性能碳納米管復合材料、碳納米管空氣過濾及吸附應用等。本書適合納米科學與技術、材料科學與工程、化學、化工、物理和相關領域的科研人員、高校師生、工程技術人員及管理人員閱讀與參考。

魏飛 等 著 中國化工學會 編