項(xiàng)目簡(jiǎn)介：   本項(xiàng)目所屬科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域?yàn)轭w粒學(xué)與碳素材料科學(xué)交叉，其主要內(nèi)容、特點(diǎn)如下：

碳納米管具有優(yōu)良的電、熱及機(jī)械性能和潛在的廣泛用途（構(gòu)成復(fù)合增強(qiáng)、導(dǎo)電及吸波材料、場(chǎng)發(fā)射、吸附及膜材料等）。其批量制備是其應(yīng)用研究及商業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)，屬多學(xué)科交叉、跨尺度及強(qiáng)烈非線(xiàn)性過(guò)程的復(fù)雜課題，是國(guó)際學(xué)術(shù)前沿的研究熱點(diǎn)。

本項(xiàng)目的主要貢獻(xiàn)為：

第一層次是宏觀創(chuàng)新路線(xiàn)，提出并實(shí)現(xiàn)了碳納米管及納米顆粒形成多級(jí)聚團(tuán)，實(shí)現(xiàn)氣固流態(tài)化的概念。通過(guò)冷模實(shí)驗(yàn)研究，分析納米顆粒及碳納米管聚團(tuán)可流化機(jī)理，確定了碳納管米聚團(tuán)流化的操作特征與操作域。率先使納米固相與流體相反應(yīng)工程學(xué)進(jìn)入工程應(yīng)用階段成為可行。

第二層次是通過(guò)組合創(chuàng)新理念與實(shí)踐，設(shè)計(jì)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(zhǎng)空間，實(shí)現(xiàn)"納米催化劑聚團(tuán)"向"碳納米管聚團(tuán)"的轉(zhuǎn)變。進(jìn)行碳源高溫裂解工藝、催化劑活性及碳納米管生長(zhǎng)及流化等耦合過(guò)程的全過(guò)程控制及反應(yīng)器放大，率先實(shí)現(xiàn)了15 kg/h碳納米管批量制備技術(shù)。

第三層次創(chuàng)新是微觀機(jī)制分析與控制理念，提出碳相雜質(zhì)與缺陷的微觀生成機(jī)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(shù)，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(guò)程，發(fā)展了水相超聲分散及高溫真空等系列純化技術(shù)，使碳納米管純度達(dá)99.9%。

所得碳納米管量大質(zhì)優(yōu)且價(jià)格接近實(shí)用階段。國(guó)際獨(dú)立機(jī)構(gòu)測(cè)評(píng)，其純度高，缺陷少，導(dǎo)電性居國(guó)際領(lǐng)先水平，在高分子導(dǎo)電復(fù)合材料的應(yīng)用有顯著效果。本組向國(guó)內(nèi)眾多科研機(jī)構(gòu)無(wú)償提供大量樣品，促進(jìn)了我國(guó)納米科研進(jìn)程。

本項(xiàng)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(guó)發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)6項(xiàng)及日本授權(quán)PCT發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)，一人獲得2005全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎(jiǎng)。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：

（1) 研究納米二氧化硅顆粒與碳納米管的流化特性，在國(guó)際上率先發(fā)現(xiàn)本屬于Geldart C類(lèi)（難流化的）的納米顆�？尚纬涉溨�狀結(jié)構(gòu)的、直徑為數(shù)十微米的二級(jí)或多級(jí)聚團(tuán)，顆粒間作用力與聚團(tuán)堆積密度顯著降低，轉(zhuǎn)變?yōu)镚eldart A類(lèi)顆粒聚團(tuán)，具有高膨脹比的特性，可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)流化，為納米粉體的放大制備、可控輸運(yùn)及連續(xù)化操作創(chuàng)造了條件（學(xué)科：顆粒學(xué)，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(jī)制及納米粉體流化的要求，提出反應(yīng)器中控制催化劑聚團(tuán)原位向碳納米管聚團(tuán)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(tuán)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(tuán)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了滿(mǎn)足上述要求的納米鐵系催化劑的放大制備。（學(xué)科：顆粒學(xué)，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(tuán)流化床的概念，研究證實(shí)納米聚團(tuán)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(tuán)粒徑可控且密度小，易流化，提出"流化床利于碳納米管生長(zhǎng)"的觀點(diǎn)并完成了反應(yīng)器放大研究，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了15 kg/h的碳納米管批量制備技術(shù)。（學(xué)科：顆粒學(xué)，碳素材料與超硬材料學(xué),代表性論文1，2，4）。 ]

（4）研究了在化學(xué)氣相沉積過(guò)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(jī)制。（學(xué)科：碳素材料與超硬材料學(xué),代表性論文6，8）。

(5) 為提高納米金屬催化劑的活性、高溫?zé)岱�(wěn)定性、壽命及碳納米管的生長(zhǎng)倍率與純度，提出了利用多段變溫流化床反應(yīng)器技術(shù)控制催化劑在反應(yīng)器的運(yùn)動(dòng)，以調(diào)變催化劑上碳的微觀生成與擴(kuò)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(xué)科：顆粒學(xué)，代表性論文5，9）。

(6) 為使纏繞狀的碳納米管實(shí)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(xué)科：碳素材料與超硬材料學(xué),代表性論文7，10）。

主要完成人：

1.  魏飛

對(duì)本項(xiàng)目的發(fā)現(xiàn)點(diǎn)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(tuán)流化現(xiàn)象，及提出利用納米聚團(tuán)流化床批量制備碳納米管的技術(shù)路線(xiàn)的工作中做出了最重要的貢獻(xiàn)。該項(xiàng)研究占其工作量的75%。

2.  騫偉中

對(duì)項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)點(diǎn)4,5以及發(fā)現(xiàn)點(diǎn)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(xiàn)，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(jī)制備，提出了利用時(shí)空尺度上變溫技術(shù)來(lái)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(guó)華

對(duì)本項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2及3中的催化劑放大制備及納米聚團(tuán)床制備碳納米管的反應(yīng)器放大、流型控制及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等工作（代表性論文2，4，5）做出了最重要的貢獻(xiàn)，該研究占其工作量的75%。

4.  王垚

對(duì)本項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1中的納米粉體流化現(xiàn)象及機(jī)制研究及發(fā)現(xiàn)點(diǎn)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(xiàn)，參與了發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2中部分工作。該研究占其工作量的75%。

5.  余皓

對(duì)本項(xiàng)目中的發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2及3中的利用多種碳源進(jìn)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(xiàn)，對(duì)納米聚團(tuán)床的放大做出了突出貢獻(xiàn)。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