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第1章 碳纳米管纤维发展概论1

1.1 高性能纤维及其复合材料1

1.2 碳纳米管及其复合材料2

1.2.1 碳纳米管2

1.2.2 碳纳米管复合材料3

1.3 碳纳米管薄膜及其复合材料3

1.3.1 溶液法制备碳纳米管薄膜4

1.3.2 化学气相沉积法制备碳纳米管薄膜4

1.4 碳纳米管阵列及其复合材料5

1.5 碳纳米管连续纤维及其复合材料7

1.5.1 湿法制备碳纳米管纤维8

1.5.2 阵列纺丝法制备碳纳米管纤维10

1.5.3 化学气相沉积法制备碳纳米管纤维10

1.6 总结12

参考文献13

第2章 碳纳米管结构、性能及可控制备技术16

2.1 概述16

2.2 碳纳米管的结构与性能16

2.2.1 石墨烯的结构与性能17

2.2.2 由石墨烯卷曲成碳纳米管19

2.2.3 碳纳米管的力学性能20

2.2.4 碳纳米管的电学性能22

2.2.5 碳纳米管的热学性能25

2.3 碳纳米管粉体的制备26

2.3.1 电弧放电法26

2.3.2 激光蒸发法27

2.3.3 化学气相沉积法27

2.4 碳纳米管水平阵列的制备28

2.4.1 碳纳米管水平阵列的取向控制29

2.4.2 碳纳米管水平阵列的结构控制31

2.5 碳纳米管垂直阵列的制备35

2.5.1 催化剂种类的影响36

2.5.2 催化剂大小及分布的控制37

2.5.3 生长环境对碳纳米管垂直阵列的影响41

2.6 总结与展望46

参考文献46

第3章 湿法制备碳纳米管纤维52

3.1 概述52

3.1.1 纺丝液52

3.1.2 凝固浴53

3.2 碳纳米管分散技术54

3.2.1 碳纳米管分散机理54

3.2.2 碳纳米管分散的影响因素58

3.3 碳纳米管／聚合物复合纤维湿法纺丝60

3.3.1 CNT／PVA复合纤维60

3.3.2 CNT／PEI复合纤维67

3.3.3 CNT／生物分子复合纤维69

3.4 纯碳纳米管纤维湿法纺丝72

3.4.1 选用盐溶液为凝固浴72

3.4.2 选用小分子为凝固浴73

3.4.3 选用有机溶剂为凝固浴73

3.5 液晶纺丝74

3.6 总结与展望78

参考文献79

第4章 阵列纺丝法制备碳纳米管纤维82

4.1 概述82

4.2 可纺丝碳纳米管阵列的制备83

4.3 基于可纺丝阵列纤维化技术及影响因素88

4.3.1 碳纳米管薄膜制备88

4.3.2 主要影响因素89

4.4 阵列纺丝工艺设计96

4.4.1 导轨式纺丝机96

4.4.2 集成式阵列纺丝机97

4.4.3 环锭纺式纺纱机98

4.5 总结与展望100

参考文献101

第5章 化学气相沉积法制备碳纳米管纤维104

5.1 概述104

5.2 基于化学气相沉积的碳纳米管直接纺丝技术104

5.2.1 化学气相沉积碳纳米管纤维纺丝技术的成型与发展104

5.2.2 化学气相沉积碳纳米管纤维的生长机理107

5.2.3 化学气相沉积碳纳米管纤维的结构与性质112

5.2.4 化学气相沉积碳纳米管纤维的应用119

5.2.5 浮动催化法化学气相沉积碳纳米管其他宏观体的制备与应用119

5.3 化学气相沉积直接纺丝碳纳米管纤维的工业化发展现状122

5.4 总结与展望126

参考文献127

第6章 碳纳米管纤维的力学性能129

6.1 概述129

6.2 碳纳米管纤维力学性能理论与模拟分析130

6.3 碳纳米管纤维力学性能实验分析134

6.3.1 碳纳米管纤维的拉伸性能134

6.3.2 碳纳米管纤维的压缩性能140

6.4 总结与展望143

参考文献143

第7章 碳纳米管纤维多功能特性及应用146

7.1 概述146

7.2 碳纳米管纤维的组装结构特性147

7.3 碳纳米管纤维的智能驱动响应行为148

7.3.1 碳纳米管扭转驱动型人造肌纤维149

7.3.2 碳纳米管弹簧的驱动性能150

7.3.3 假捻纤维结构的电致驱动特性152

7.3.4 碳纳米管纤维电-机-热耦合机制153

7.4 碳纳米管纤维在线能源器件中的应用156

7.4.1 全碳纳米管纤维电极的线状染料敏化太阳能电池156

7.4.2 碳纳米管纤维作为对电极的太阳能电池157

7.4.3 基于碳纳米管纤维的线状超级电容器158

7.5 碳纳米管纤维在锂电池中的应用159

7.6 碳纳米管纤维的生物传感特性162

7.7 总结与展望163

参考文献164

第8章 轻质碳纳米管导电纤维167

8.1 概述167

8.2 碳纳米管轻质导电纤维导电机理及电学性能168

8.2.1 碳纳米管纤维的电学性能168

8.2.2 碳纳米管纤维的导电机理170

8.2.3 碳纳米管导线性能优化173

8.3 碳纳米管-金属复合导电纤维177

8.3.1 制备方法177

8.3.2 碳纳米管-金属复合导电纤维的量产179

8.3.3 碳纳米管-金属复合导电纤维的性能特点181

8.3.4 碳纳米管-铜复合导电纤维性能的影响因素188

8.4 碳纳米管轻质导线的应用190

8.4.1 碳纳米管同轴电缆190

8.4.2 柔性碳纳米管电加热器194

8.5 总结与展望197

参考文献197

第9章 碳纳米管在复合材料中的应用203

9.1 概述203

9.2 碳纳米管粉末-聚合物复合材料204

9.3 碳纳米管薄膜-聚合物复合材料207

9.4 碳纳米管纤维-聚合物复合材料214

9.5 碳纳米管阵列-聚合物复合材料217

9.6 总结与展望219

参考文献219

第10章 石墨烯基纤维及其应用223

10.1 概述223

10.2 石墨烯基纤维的制备方法225

10.2.1 湿法纺丝225

10.2.2 干法纺丝230

10.2.3 干喷湿纺231

10.2.4 电泳沉积232

10.2.5 薄膜纺丝233

10.3 石墨烯基纤维的性能及影响因素235

10.3.1 力学235

10.3.2 电学性能240

10.3.3 导热性能243

10.3.4 驱动响应244

10.3.5 其他性能245

10.4 石墨烯基纤维的应用245

10.4.1 导线及可拉伸导体245

10.4.2 能源器件246

10.4.3 驱动器件248

10.4.4 场发射器件249

10.4.5 固相微萃取249

10.4.6 催化还原250

10.5 总结及展望250

参考文献251