单壁碳纳米管和石墨烯的制备及其在能源、光电器件和复合材料等方面的应用

发布时间：2014-11-04

1991年发现的碳纳米管（CNT）以及2004年发现的石墨烯（graphene），分别是一维和二维纳米材料的典型代表，被认为是21世纪的战略性材料。

本项目发明了一类新的催化剂和大量制备SWNTs的方法，实现了高质量单壁碳纳米管的宏量制备，纯度达70%以上，并达到了产业化规模（达200公斤/年以上）。

采用机械共混及"原位"聚合等方法，使SWNTs有效地分散于高分子基质中，获得了以环氧树脂、ABS及聚氨酯等为基质材料，电导率达0.2 S/cm、导电临界含量仅为0.06%、电磁屏蔽效果高达49dB的复合材料。

本项目首先发展了一种可大量制备的可溶性功能化石墨烯（SPFGraphene）的方法，实现了石墨烯的百克级制备。通过透射电子显微镜及原子力显微镜确定了石墨烯的二维平面结构。

获得了可溶性石墨烯材料及柔性透明导电薄膜；制备了基于石墨烯的高稳定性有机光伏电池及复合材料。

所研制的单壁碳纳米管及石墨烯已用于数十家科研机构的研究和相关产品/样机的研制，包括应用于国家863重大汽车电池项目（中科院物理所）和军工卫星电池项目（中国电子科技集团公司第十八研究所）等。已研制出晶体管、锂离子电池、超级电容器以及高性能复合材料等多种产品，具有广阔的应用前景。

本项目研究获得了国家863纳米专项、重大科学研究计划（973）、国家自然科学基金、教育部博士点基金和天津市重点基金等项目的支持，并获得2010年天津市自然科学一等奖。

相关发明专利：

ZL200410019624.4 单壁碳纳米管的电弧合成方法

ZL200510015495.6 一种电弧法合成可控单壁碳纳米管的方法

ZL200910067709.2 基于石墨烯的通用裂纹修复方法

南开大学在碳纳米材料的制备及应用研究方面取得了一批开创性成果，该项目技术的推广，将促进我国新材料、微电子、储能、资源保护等领域的技术进步和发展，为我国在这一新型纳米材料领域占据有利地位，提高国际竞争力，做出重要贡献。