氣相生長(zhǎng)納米炭纖維的研究進(jìn)展


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1　氣相生長(zhǎng)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(jī)前軀體炭纖維（PAN基、粘膠絲基、瀝青基炭纖維）、氣相生長(zhǎng)炭纖維(Vapor-grown carbon fiber 簡(jiǎn)稱 VGCF)、氣相生長(zhǎng)納米炭纖維(Vapor-grown carbon nanofiber 簡(jiǎn)稱VGCNF)、炭納米管（carbon nanotube 簡(jiǎn)稱CNT），如圖1所示。自從1991年Iijima ［1］　發(fā)現(xiàn)納米炭管以來(lái)，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(shí)也促進(jìn)了氣相生長(zhǎng)炭纖維在納米尺度上即氣相生長(zhǎng)納米炭纖維的研究。　　

氣相生長(zhǎng)納米炭纖維一般以過(guò)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(zhǎng)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(qiáng)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(diǎn)，可望用于催化劑和催化劑載體、鋰離子二次電池陽(yáng)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(qiáng)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(zhǎng)炭纖維的強(qiáng)度比大直徑的強(qiáng)度要大。　　Endo［3］用透射電鏡觀察到氣相生長(zhǎng)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(zhǎng)納米炭纖維的研制工作進(jìn)入了一個(gè)新階段。　　

另外，從圖1的直徑分布來(lái)看，納米炭纖維處于普通氣相生長(zhǎng)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(guò)渡狀態(tài)，因而，研究普通炭纖維、納米炭纖維、納