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項目簡介： 本項目所屬科學技術領域為顆粒學與碳素材料科學交叉，其主要內(nèi)容、特點如下：
碳納米管具有優(yōu)良的電、熱及機械性能和潛在的廣泛用途（構(gòu)成復合增強、導電及吸波材料、場發(fā)射、吸附及膜材料等）。其批量制備是其應用研究及商業(yè)化應用的基礎，屬多學科交叉、跨尺度及強烈非線性過程的復雜課題，是國際學術前沿的研究熱點。
本項目的主要貢獻為：
第一層次是宏觀創(chuàng)新路線，提出并實現(xiàn)了碳納米管及納米顆粒形成多級聚團，實現(xiàn)氣固流態(tài)化的概念。通過冷模實驗研究，分析納米顆粒及碳納米管聚團可流化機理，確定了碳納管米聚團流化的操作特征與操作域。率先使納米固相與流體相反應工程學進入工程應用階段成為可行。
第二層次是通過組合創(chuàng)新理念與實踐，設計和制備了具空間可拓展性的納米催化劑，提供碳納米管生長空間，實現(xiàn)"納米催化劑聚團"向"碳納米管聚團"的轉(zhuǎn)變。進行碳源高溫裂解工藝、催化劑活性及碳納米管生長及流化等耦合過程的全過程控制及反應器放大，率先實現(xiàn)了15 kg/h碳納米管批量制備技術。
第三層次創(chuàng)新是微觀機制分析與控制理念，提出碳相雜質(zhì)與缺陷的微觀生成機制，為提高催化劑活性與熱穩(wěn)定性，提出利用原位碳層控制催化劑晶粒尺寸及雙層變溫流化床技術，建立了原位抑制及去除碳納米管產(chǎn)品的雜質(zhì)與降低其缺陷程度的方法。
最后的層次是創(chuàng)新的系統(tǒng)完善過程，發(fā)展了水相超聲分散及高溫真空等系列純化技術，使碳納米管純度達99.9%。
所得碳納米管量大質(zhì)優(yōu)且價格接近實用階段。國際獨立機構(gòu)測評，其純度高，缺陷少，導電性居國際領先水平，在高分子導電復合材料的應用有顯著效果。本組向國內(nèi)眾多科研機構(gòu)無償提供大量樣品，促進了我國納米科研進程。
本項目共發(fā)表被SCI檢索論文29篇，EI 論文29篇, SCI總引272次，SCI他引204次。其中10篇代表性論文被SCI總引164次，被SCI他引126次，獲中國發(fā)明專利授權6項及日本授權PCT發(fā)明專利1項，一人獲得2005全國優(yōu)秀博士學位論文獎。
主要發(fā)現(xiàn)點：
（1) 研究納米二氧化硅顆粒與碳納米管的流化特性，在國際上率先發(fā)現(xiàn)本屬于Geldart C類（難流化的）的納米顆�？尚纬涉溨罱Y(jié)構(gòu)的、直徑為數(shù)十微米的二級或多級聚團，顆粒間作用力與聚團堆積密度顯著降低，轉(zhuǎn)變?yōu)镚eldart A類顆粒聚團，具有高膨脹比的特性，可實現(xiàn)平穩(wěn)流化，為納米粉體的放大制備、可控輸運及連續(xù)化操作創(chuàng)造了條件（學科：顆粒學，代表性論文3）。
(2) 根據(jù)催化劑裂解碳源生成碳納米管的微觀機制及納米粉體流化的要求，提出反應器中控制催化劑聚團原位向碳納米管聚團轉(zhuǎn)變的模式。提出制備高純度碳納米管的催化劑需兼顧活性、晶粒度控制及適宜的金屬與載體間結(jié)合力的要求，使催化劑聚團具有空間可拓展性，最終形成低密度、較大尺寸的、以催化劑為核相連接的碳納米管聚團結(jié)構(gòu)。設計并實現(xiàn)了滿足上述要求的納米鐵系催化劑的放大制備。（學科：顆粒學，代表性論文4）。
(3) 提出適于批量制備高純度碳納米管的納米聚團流化床的概念，研究證實納米聚團流化床與固定床相比，制備的碳納米管直徑分布窄，微觀缺陷少，碳納米管聚團粒徑可控且密度小，易流化，提出"流化床利于碳納米管生長"的觀點并完成了反應器放大研究，在國際上率先實現(xiàn)了15 kg/h的碳納米管批量制備技術。（學科：顆粒學，碳素材料與超硬材料學,代表性論文1，2，4）。 ]
（4）研究了在化學氣相沉積過程中碳納米管形貌選擇性的影響因素；利用使納米催化劑故意中毒的方法，研究并提出了碳納米管形成缺陷與石墨片雜質(zhì)與缺陷的機制。（學科：碳素材料與超硬材料學,代表性論文6，8）。
(5) 為提高納米金屬催化劑的活性、高溫熱穩(wěn)定性、壽命及碳納米管的生長倍率與純度，提出了利用多段變溫流化床反應器技術控制催化劑在反應器的運動，以調(diào)變催化劑上碳的微觀生成與擴散平衡的方法；及提出利用原位生成的納米碳層限制催化劑晶粒燒結(jié)的方法。（學科：顆粒學，代表性論文5，9）。
(6) 為使纏繞狀的碳納米管實現(xiàn)單分散，發(fā)展了水相超聲分散碳納米管的方法；為得到超高純度（>99.9%）碳納米管，發(fā)展了高溫真空處理碳納米管的方法。（學科：碳素材料與超硬材料學,代表性論文7，10）。
主要完成人：
1. 魏飛
對本項目的發(fā)現(xiàn)點1,3及2中部分(代表性論文1，2，3，4)，即在研究納米粉體的聚團流化現(xiàn)象，及提出利用納米聚團流化床批量制備碳納米管的技術路線的工作中做出了最重要的貢獻。該項研究占其工作量的75%。
2. 騫偉中
對項目發(fā)現(xiàn)點4,5以及發(fā)現(xiàn)點2中的催化劑制備（代表性論文2，5，6，8，9）做出了最大貢獻，即制備了高活性的催化劑，提出了碳納米管中碳雜質(zhì)生成的微觀機制備，提出了利用時空尺度上變溫技術來提高催化劑活性與熱穩(wěn)定性的方法。該研究占其工作量的80%。
3. 羅國華
對本項目中發(fā)現(xiàn)點2及3中的催化劑放大制備及納米聚團床制備碳納米管的反應器放大、流型控制及結(jié)構(gòu)設計等工作（代表性論文2，4，5）做出了最重要的貢獻，該研究占其工作量的75%。
4. 王垚
對本項目發(fā)現(xiàn)點1中的納米粉體流化現(xiàn)象及機制研究及發(fā)現(xiàn)點6中的碳納米管純化工作（代表性論文1，3，7，10）做出了最重要的貢獻，參與了發(fā)現(xiàn)點2中部分工作。該研究占其工作量的75%。
5. 余皓
對本項目中的發(fā)現(xiàn)點2及3中的利用多種碳源進行碳納米管的制備的微觀與宏觀研究工作（代表性論文4）做出了最重要的貢獻，對納米聚團床的放大做出了突出貢獻。該研究占其工作量的85%。
10篇代表性論文：
1. The large-scale production of carbon nanotubes in a nano-agglomerate fluidized-bed reactor/ Chem Phys Lett
2. Production of carbon nanotubes in a packed bed and a fluidized bed/ AIChE Journal
3. Fluidization and agglomerate structure of SiO2 nanoparticles/ Powder Technology
4. Agglomerated CNTs synthesized in a fluidized bed reactor: Agglomerate structure and formation mechanism/ Carbon
5. Production of hydrogen and carbon nanotubes from methane decomposition in a two-stage fluidized bed reactor/ Appl Catal A-General
6. What causes the carbon nanotubes collapse in a chemical vapor deposition process / J Chem Phys
7. 99.9% purity multi-walled carbon nanotubes by vacuum high-temperature annealing/Carbon
8. Effect of nickel addition on the iron-alumina catalyst on the morphology of as-grown carbon nanotubes/ Carbo
9. Qian, W.Z., et al. Carbon nanotubes containing iron and molybdenum particles as a catalyst for methane decomposition.／ Carbon
10. A treatment method to give separated multi-walled carbon nanotubes with high purity, high crystallization and a large aspect ratio /Carbon
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