1991年發(fā)現(xiàn)的碳納米管（CNT）以及2004年發(fā)現(xiàn)的石墨烯（graphene），分別是一維和二維納米材料的典型代表，被認為是21世紀的戰(zhàn)略性材料。
本項目發(fā)明了一類新的催化劑和大量制備SWNTs的方法，實現(xiàn)了高質(zhì)量單壁碳納米管的宏量制備（圖1），純度達70%以上，并達到了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模（達200公斤/年以上）。







圖1、自制的SWNTs合成反應器

采用機械共混及"原位"聚合等方法，使SWNTs有效地分散于高分子基質(zhì)中，獲得了以環(huán)氧樹脂、ABS及聚氨酯等為基質(zhì)材料，電導率達0.2 S/cm、導電臨界含量僅為0.06%、電磁屏蔽效果高達49dB的復合材料。

本項目首先發(fā)展了一種可大量制備的可溶性功能化石墨烯（SPFGraphene）的方法，實現(xiàn)了石墨烯的百克級制備（圖2）。通過透射電子顯微鏡（圖3）及原子力顯微鏡（圖4）確定了石墨烯的二維平面結(jié)構(gòu)。

 
圖2、可溶性石墨烯的批量制備

 
圖3、石墨烯的透射電鏡照片

 
圖4、石墨烯的原子力顯微鏡照片

獲得了可溶性石墨烯材料及柔性透明導電薄膜（圖5）；制備了基于石墨烯的高穩(wěn)定性有機光伏電池及復合材料。

 
圖5、基于石墨烯的透明電極材料
所研制的單壁碳納米管及石墨烯已用于數(shù)十家科研機構(gòu)的研究和相關(guān)產(chǎn)品/樣機的研制，包括應用于國家863重大汽車電池項目（中科院物理所）和軍工衛(wèi)星電池項目（中國電子科技集團公司第十八研究所）等。已研制出晶體管、鋰離子電池、超級電容器（圖6）以及高性能復合材料等多種產(chǎn)品，具有廣闊的應用前景。
 
圖6、基于石墨烯的高性能超級電容器

本項目研究獲得了國家863納米專項、重大科學研究計劃（973）、國家自然科學基金、教育部博士點基金和天津市重點基金等項目的支持，并獲得2010年天津市自然科學一等獎。

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南開大學在碳納米材料的制備及應用研究方面取得了一批開創(chuàng)性成果，該項目技術(shù)的推廣，將促進我國新材料、微電子、儲能、資源保護等領(lǐng)域的技術(shù)進步和發(fā)展，為我國在這一新型納米材料領(lǐng)域占據(jù)有利地位，提高國際競爭力，做出重要貢獻。