碳纳米管内组装金属催化剂及电学性质与择形效应研究

针对碳纳米管（CNT）的导电性，管内的强吸附势场，可调变的内腔空间，以及毛细吸附等特性，提出在不同管径的CNT管腔内组装Ni、Pd、Co等金属催化剂，利用EXAFS、ESR、XPS、Raman等技术，测定和比较管内组装和管外负载金属催化剂的电学性能，通过与催化性能、活性金属表面、粒径大小等因素的关联，揭示碳管载体在催化反应中的作用机理。纳米管内组装均匀分散的纳米金属簇是制备该类催化剂的关键。利用不同管径碳管对不同尺寸分子吸附等温线的测定，以及通过CO加氢制烃等反应，进一步研究碳管载体对反应产物的限制作用，研究管内组装催化剂的择形效应，提出微观结构的调控机制，最终设计开发功能结构一体化的高性能的择形催化剂材料。

在工地现场，盘形滚刀组装与拆卸通常是在随机提供的小型刀具维修车间内进行，为了节省运输时间，刀具车间一般布置在进洞口附近一侧。盘形滚刀的刀圈与刀体、轴承内圈与心轴是过盈配合，其组装与拆卸需要特殊工艺处理。

盘形滚刀组装

1.刀圈、轴承内圈预先分别加热，使零件内圆受热膨胀涨大后立即装配，待零件冷却后，即能达到预期的过盈配合(具体组装要求参见产品说明书)。例：罗宾斯全断面岩石掘进机19in盘形滚刀组装时，刀圈预先加温到160℃，随即装入刀体；轴承内圈加热到120℃时装人心轴；待零件冷却后，即能达到预期的过盈配合要求。

2.隔离圈的安装是根据两个圆锥滚子轴承在刀体内轴承内圈小端端面间间距而定，隔离圈的宽度，需经现场磨配，其宽度公差应小于测量宽度。例：维尔特全断面岩石掘进机17in盘形滚刀内隔离圈的安装宽度应小于测量值的0.2mm，装配后使轴承处于预紧状态，检测刀具扭矩在60-80N·m范围内为合格。

3.维尔特全断面岩石掘进机17in盘形滚刀，螺钉(在图2-20，图2-21，图2-22中编号均为12)装配时用密封胶粘结(CASCOK No．119)；刀体内腔注入80%，约730cm³润滑油（型号320），含1%异味剂(Molyvan，1．5L Mystik Jt-7 SAE90-140，1%Molyvan)，当轴承、密封受损，润滑油溢出时，就能嗅到带有刺激性的奇臭，警示刀具损坏，可及时更换。

盘形滚刀拆卸

拆卸刀圈与轴承时，磨损报废刀圈用砂轮切断卸下，轴承内圈由专用台式压力机压出。

碳纳米管力学

由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量和高强度。

碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。

碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。在工业上常用的增强型纤维中，决定强度的一个关键因素是长径比，即长度和直径之比。材料工程师希望得到的长径比至少是20:1，而碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是理想的高强度纤维材料。2000年10月，美国宾州州立大学的研究人员称，碳纳米管的强度比同体积钢的强度高100倍，重量却只有后者的1/6到1/7。碳纳米管因而被称“超级纤维”。

莫斯科大学的研究人员曾将碳纳米管置于1011 MPa的水压下（相当于水下10000米深的压强），由于巨大的压力，碳纳米管被压扁。撤去压力后，碳纳米管像弹簧一样立即恢复了形状，表现出良好的韧性。这启示人们可以利用碳纳米管制造轻薄的弹簧，用在汽车、火车上作为减震装置，能够大大减轻重量。

此外，碳纳米管的熔点是已知材料中最高的。

碳纳米管导电

碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。

碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。

常用矢量Ch表示碳纳米管上原子排列的方向，其中Ch=na₁ ma₂，记为（n，m）。a₁和a₂分别表示两个基矢。（n，m）与碳纳米管的导电性能密切相关。对于一个给定（n，m）的纳米管，如果有2n m=3q（q为整数），则这个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。对于n=m的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1万倍。

碳纳米管传热

碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。

碳纳米管其他

碳纳米管还具有光学等其他良好的性能。