Catalytic Flame Synthesis of Carbon Nanotubes
碳纳米管的催化火焰合成
基本信息
- 批准号:0522556
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2005
- 资助国家:美国
- 起止时间:2005-09-01 至 2008-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Public AbstractAward CTS-0522556PI: Stephen D. TseCatalytic Flame Synthesis of Carbon NanotubesCarbon nanotubes (CNTs) define a new class of engineering materials with remarkable physical and electromagnetic properties, with a myriad of potential applications, including high-strength polymers, copolymers, composites, ceramics, moldable forms, molecular electronics and nano-scale machines, superconductors, delivery systems of bio-molecules to cells, fuel storage and batteries, flat-panel displays, and computer memory devices. Although various techniques have been developed for the production of CNTs, including pulsed arc discharge, pulsed laser ablation, and thermal chemical-vapor deposition, they are not readily or economically scalable for large-scale applications. Combustion synthesis of materials has demonstrated a history of scalability and offers the potential for continuous, efficient, high-volume production, without the need for expensive starting materials. As such, the objective of the proposed research program is to increase fundamental understanding of the mechanisms of catalytic CNT formation and growth in electrically-assisted flames, and utilization of that understanding to define process conditions that enable high-rate and high-purity synthesis of CNTs with prescribed characteristics (e.g. single- or multi-walled, diameter, helicity). The experiments are conducted using strategic aerodynamic flow fields, i.e. flat-flame stagnation-point (premixed) and flat-flame counterflow (non-premixed), to characterize the effects of fuel composition, flame temperature, inert addition, hydrogen addition, oxygen concentration, strain rate, and other controllable process parameters on CNT properties. The influence of the nature as well as the content of the transition metal (Ni, Fe, and Co) in the substrates on the yield and the quality of the CNTs formed will be investigated, along with the influence of electric fields in controlling CNT purity, alignment, helicity, and growth rate. Advanced laser-based diagnostics including spontaneous Raman spectroscopy, laser-induced fluorescence, and tunable diode laser absorption spectroscopy are employed to determine the local gas-phase chemical species concentrations and temperatures at the specific regions of CNT formation. The CNT material properties are characterized using electron microscopy, atomic force microscopy, and surface Raman spectroscopy. The research and experimental facility are incorporated into the curriculum on nanomaterials science and engineering. The involvement of underrepresented minorities and women in engineering is increased by supporting undergraduate research as part of the Douglass Project for Rutgers Women in Math, Science, and Engineering. The training of students (at high school, undergraduate, and graduate level) for the high-technology workforce is promoted by partnering with industry, state, and Center for Nanomaterials Research.
公共摘要奖 CTS-0522556PI:Stephen D. Tse 碳纳米管的催化火焰合成碳纳米管 (CNT) 定义了一类具有卓越物理和电磁性能的新型工程材料,具有多种潜在应用,包括高强度聚合物、共聚物、复合材料、陶瓷、可模制形式、分子电子学和纳米级机器、超导体、生物分子到细胞的输送系统、燃料储存和电池,平板显示器和计算机存储设备。 尽管已经开发了各种用于生产碳纳米管的技术,包括脉冲电弧放电、脉冲激光烧蚀和热化学气相沉积,但它们不容易或经济地用于大规模应用。 材料的燃烧合成已经证明了可扩展性的历史,并提供了连续、高效、大批量生产的潜力,而无需昂贵的起始材料。 因此,拟议研究计划的目标是增进对电辅助火焰中催化碳纳米管形成和生长机制的基本了解,并利用这种了解来定义能够高速率和高纯度合成碳纳米管的工艺条件。具有规定特性的碳纳米管(例如单壁或多壁、直径、螺旋度)。 实验采用战略空气动力学流场,即平焰驻点(预混)和平焰逆流(非预混)来表征燃料成分、火焰温度、惰性添加、氢气添加、氧气浓度的影响、应变率和其他可控工艺参数对 CNT 性能的影响。 将研究基材中过渡金属(Ni、Fe 和 Co)的性质和含量对形成的 CNT 产率和质量的影响,以及电场对控制 CNT 纯度的影响。 、排列、螺旋度和增长率。 采用先进的激光诊断技术(包括自发拉曼光谱、激光诱导荧光和可调谐二极管激光吸收光谱)来确定 CNT 形成特定区域的局部气相化学物质浓度和温度。 使用电子显微镜、原子力显微镜和表面拉曼光谱来表征 CNT 材料的特性。 研究和实验设施纳入纳米材料科学与工程课程。 作为罗格斯大学数学、科学和工程领域女性道格拉斯项目的一部分,通过支持本科生研究,增加了代表性不足的少数族裔和女性对工程的参与。 通过与行业、州和纳米材料研究中心合作,促进对高科技劳动力学生(高中、本科和研究生)的培训。
项目成果
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