工民建毕业论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇工民建毕业论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

通过毕业设计这一重要的教学环节，培养土木工程专业本科毕业生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。 毕业设计要求我们在指导老师的指导下，独立系统的完成一项工程设计，解决与之有关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法，具有实践性、综合性强的显著特点。因此毕业设计对于培养学生初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。

在完成本次毕业设计过程中，我们需要运用感性和理性知识去把握整个建筑的处理，这其中就包括建筑外观和结构两个方面。还需要我们更好的了解国内外建筑设计的发展的历史、现状及趋势，更多的关注这方面的学术动态，以及我们在以后的土木工程专业发展的方向。同时积极、独立的完成本次毕业设计也是为今后的实际工作做出的必要的准备。

1.1研究现状：

土木工程是建造各类工程设施的科学，技术和工程的总称。土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的。它所建造的工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌，因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。土木工程在我国可以分为：建筑工程、桥梁工程、公路和城市道路工程、铁路工程、隧道工程、水利工程、港口工程、给水和排水工程、环境工程。作为土木工程专业的学生，深知土木工程设计范围之广，以及和社会生活联系之密切。我们在校只是学习了土木工程这一个小的分支并且着重学习了工民建部分。工民建方面就结构布置部分有以下几种结构：框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、框架-支撑结构、筒体结构、框架-核心筒结构、巨型结构等等。

就此次的设计题目，以及结合任务书所给定的各项条件，选择了框架结构比较合理并且切合实际。

1.2发展趋势：

框架结构由梁柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，这时，现浇楼面也作为梁共同工作的，装配整体式楼面的作用则不考虑，框架结构的墙体是填充墙，起围护和分隔作用，框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间，可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的立面造型。国外多用钢为框架材料，而国内主要为钢筋混凝土框架，框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的延性，成为“延性框架”,在地震作用下，这种延性框架具有良好的抗震性能。

[1]钢筋混凝土多层框架结构作为一种常用的结构形式, 具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点, 目前已被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中。随着社会的发展，多层框架结构的建筑越来越多了。但随着结构高度增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。框架结构住宅是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱，再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成而的住宅。适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。

[2]框架结构房屋的布置应对称、均匀，减小抗侧刚度中与水平荷载合力作用线的距离，减小结构重心和刚度中心之间的距离，以减小结构发生的扭转。由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震作用下结构整移和层间位移都较大，容易产生震害。此外，非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较严重。因而其主要适用于非抗震区和层数较少的建筑，抗震设计的框架结构除需加强梁、柱和节点的抗震措施外，还需注意填充墙的材料以及填充墙与框架的连接方式等，以避免框架变形过大时填充墙的破坏。框架结构是柔性结构，有水平位移，房屋的总水平位移越大，人的感觉越不舒服，而层间位移会影响建筑物的装修和隔墙开裂，因而对这两种水平位移进行限，这样在设计中要增大房屋的抗侧刚度。在框架结构的抗震设计中，柱顶、柱底、梁端易出现裂缝。

[3]作为一座办公楼设计，在设计之前作为设计者必须深入实际，调查研究，了解其所属位置地理、经济条件。而作为本课题中框架结构的办公楼，必须整体设计、大门入口设计要体现行政办公特征。设计要满足室内水、电、暖、讯、消防、抗震等配套设计要求。因此必须察看相应的规范、标准等。

1.3研究方法：

框架是典型的杆件体系，近似计算的方法很多，工程中最实用的是力矩分配法及D值法，前者多用于竖向作用下求解，后者用于水平作用下求解。

这些方法的使用都作了以下几点的假定：

[1]忽略粱，柱轴向变形及剪切变形。

[2]杆件为等截面(等刚度)，以杆件轴线作为框架计算轴线。

[3]在竖向荷载下结构的侧移很小，因此在做竖向荷载下计算时，假定结构无侧移。

1.4应用领域：

框架结构可设计成静定的三铰框架或超静定的双铰框架与无铰框架。框架钢结构常用于大跨度的公共建筑、多层工业厂房和一些特殊用途的建筑物中，如剧场、商场、体育馆、火车站、展览厅、造船厂、飞机库、停车场、轻工业车间等。

2、课题任务、重点研究内容、实现途径

本次毕业设计任务包括三个部分：建筑设计，结构设计和施工组织设计。

2.1建筑设计

2.1.1设计任务

根据设计任务书要求完成建筑平面、剖面及立面设计;根据相应的建筑设计规范并结合实际情况初步确定预设建筑物的平面形状，立面外观，侧面外观，单层平面尺寸，以及建筑物的层数;由功能分区的相关原则初步确定建筑物各部分的功能，最终初步确定出建筑设计部分的轮廓。

2.1.2设计成果：

(一)总平面图：1：500要求标明建筑物位置、道路、绿化、标高、朝向等。

(二)平面图：1：100或1：200平面图应标明各房间名称，固定设备布置。

1.底层平面图：标注三道尺寸，注标高。

2.标准层平面图：标注三道尺寸，注标高。

3.顶层平面图：标注两道尺寸，注标高。

(三)剖面图：比例1：100或1：200(一个)

要求剖到楼梯，标注层高、楼梯平台、屋顶、室内外地坪标高、标注两道尺寸(门窗洞口、层高)。

(四)立面图：比例1：100或1:200(二至三个)

1.入口立面

2.侧立面或背立面

标注三道尺寸(墙段及洞口、层高、总高)，标明室内外地坪标高，屋顶标高。

(五)节点详图：(二至三个)比例自定

(六)设计简要说明：

1.建筑总平面及概况。

2.方案特点及主要建筑技术措施。

3.防火设计简要说明。

(七)主要技术经济指标

1.总用地面积

2.总建筑面积

3.建筑密度(底层建筑面积/总用地面积)

4.容积率(总建筑面积/总用地面积)

5.绿地率(绿地面积/总用地面积)

2.1.3进度安排

第1周：讲解建筑设计基本原理、建筑设计基本步骤，了解并掌握办公建筑基本设计知识。完成“一草”。

第2周：深入方案，细化初步设计，为结构设计提供必要的条件。完成“二草”。

第3周：结构设计完成之后，完成施工图设计。

2.2结构设计

2.2.1设计任务

根据建筑设计方案及设计原始资料，选择结构体系，布置结构构件，进行结构内力分析，确定构件配筋，绘制结构施工图。

2.2.2设计内容和步骤

1.根据房屋基本情况确定结构设计基本参数

2.进行结构平面布置

3.手算一榀框架，并用计算机程序PK复核

4.使用PMCAD,建立结构整体计算模型，用SATWE进行结构空间分析与设计

5.设计一部现浇板式楼梯

6.基础设计

篇（2）

经济全球化、技术信息化加速推进高等教育国际化、大众化、市场化，同时伴随着民办高校的不断涌现，高校之间的竞争日趋激烈。处于这种竞争环境的边缘带，电大，尤其是县级电大为赢得竞争优势，以求生存和发展，必须重视其竞争战略的选择和实施。县级电大应当选择怎样的竞争战略已成为县级电大急需解决的重要课题。须知，竞争战略的选择依赖于其自身系统所具有的优势，其中核心能力则是关键的优势。因此，县级电大战略选择的前提是核心能力的分析。

一、核心能力概述

1．核心能力内涵

学校核心能力是指居于核心地位并能产生竞争优势的要素作用力，具体地说是学校的集体学习能力和集体知识，尤其是如何协调各种专业、教学技术，以及如何将多种教学技术、科研成果、市场需求和开发、创新活动相结合的知识与技能。

有些学者将学校核心能力界定为：学校的核心能力就是学校以技术能力为核心，通过对战略决策、科学研究及其成果产业化、课程设置与讲授、人力资源开发、组织管理等的整合或者说，通过其中某一要素的效用凸现而使学校获得持续竞争优势的能力。

笔者认为前者对核心能力的界定更具普遍含义，因为，首先前者强调了一个组织群体的集体学习能力及知识，其次，它突出了将学校所拥有的教学技术、科研成果等与市场需求、开发创新活动结合的知识和技能，即“拥有”与“运用”、“创新”的有效统一。

2．核心能力特征

(1)技能独特性

技能特征是识别核心能力的主要特征，包括科研能力、科研转换能力、教学能力、培训能力等。例如，学术研究与科研转换能力方面，浙江大学以工民建、电机、光学等著称；北京师范大学以教育学、心理学、历史学等领先于同行。但科研、学术研究与科研转换能力仅是评价学校拥有技能的指标之一，高校具有特色的培养方式或有差异的服务方式也是评价技能的关键指标。比如，各级电大单从学科积累、专业设置等诸多方面技术含量是无法与普通高校相比的，但电大将培养地方人才，尤其是县、乡村人才，包括各类民营企业、个私企业所需的专业人才确定为特色服务方式或者说与普通高校有差异的服务方式，教学手段则采用网上导学与面授辅导相结合形式，从而使电大在竞争剧烈的高等教育市场中站稳脚跟。

当然，没有一所高校拥有各种优异的技能或服务方式，但能取得成效的高校通常是拥有关键性技能或有别于它校的差异方式，并能充分发挥这些方面的优势。

(2)服务价值性

处在知识经济时代，现代企业逐渐将“利润最大化”目标转向“创造更多的顾客”，进而提出“真诚服务到永远”。无论这些目标选择如何变化，其本质特征是企业长寿，也就是说，企业产品和服务的价值性被用户所认可、所接受。事实上，产品和服务的价值性是企业核心能力外在、客观的体现。相对而言，高校核心能力的外在体现是教育、教学服务的价值性：符合用户(个人、企业及各类组织)的需求和偏好，满足中小企业对中、高级人才的需求，以及家庭与个人对教育回报率的期望等。以用户对“产品”或“服务”的价值性认可为准则的理念，包括以用户价值需求为导向的管理方式已被越来越多的学校领导所认可、所接受。

因此，服务价值性是学校竞争能力，即核心能力的主要特征之一。

(3)资产占用性

所谓资产的占用性，指组织的战略资源深深扎根于组织内部，很难被他人占用、很难被他人模仿，因而竞争优势就相对稳定。资产既包括有形资产，也包括无形资产，但在学校核心能力中起主要作用的是无形资产，无形资产是长时间积累的结果。我们将资产分为四类：市场资产、知识产权、人力资源和基础结构。

①市场资产。它表现为学校和其市场或顾客的关系，包括学校声誉、顾客选择倾向(学校选择、专业选择)、毕业后适应企业需求及胜任岗位状况等。学校声誉有品牌效应，声誉好的学校往往能吸引优秀的师资与高素质的学生。市场资产直接涉及到师资来源、生源，用人单位对毕业生能力认可度，所以，市场资产成为学校的核心能力。

②人力资源。主要指师资、管理者及决策者的才能。具体来说，包括整体技能、创造力、管理技能、领导能力等，是学校获得竞争力的基础。

③知识产权。包括技能、版权专利、各种设计专用权等。如科研发明专利，书籍、学报的出版与发行，学校校徽设计等。

④基础结构。指管理哲学、校园文化、学校运行的各种制度、教学技术、工具，以及工作方式和程序等。

资产占用性是学校长时间积累与沉淀的结果，难以复制和模仿，因而不易被转移。

(4)价值耐久性

价值耐久性，主要指学校不断开展创新活动，促使无形资产的不断增值，因而社会信誉得以持久保持。耐久性的无形特征越多，学校的资源战略价值越大，从而其核心能力越强。

二、县级电大的核心能力分析

(一)县级电大核心能力的确认

依据核心能力的特征，我们可以从以下三个方面来确认县级电大拥有的核心能力。

1．市场和事业的开拓能力

由于社会对教育需求的种类及方式差异性很大，这往往造成教育“供给”的不足或缺口。例如农村、山区、海岛等成人学历教育，往往是普通高校力所不能及的。而县级电大具有综合运用信息技术、面授辅导及网络导学独特服务技术。这种综合运用多种远程教育、教学方法的特殊技术，使得县级电大能适应农村、山区、海岛等成人学历教育，因此可以说，县级电大具有较强的教育市场和相关事业的开拓能力。

2．对消费者消费回报期望的贡献能力

(1)成本领先对消费者的贡献能力

由于电大采用现代远程教育手段，从而平均教育成本比普通高校同类专业的平均成本低很多，对消费者的贡献较大(消费者剩余较大)。事实上，这是一种成本领先战略，因而自然形成核心能力的一部分。

(2)开放性对消费者有效利用时间的贡献

电大学生除了参加少量且必要的面授辅导课外，还可定时或不定时参加网上学习、讨论或交流。因而学生可充分利用自己有效的时间来学习。

(3)资源共享对消费者期望学习资源的贡献

电大教材全国统一，如浙江电大下属县级电大学 员可享受到两种媒体以上开放教育课程教学资源，网上资源月更新率也达到了95％。同时，还可进入网上图书馆，结束了远程状态下自主学习者没书可看的历史。全国电大互联网也为学生提供了多渠道的学习资源。

对消费者消费回报期望的贡献能力，本质上体现了县级电大对消费者服务的价值性。

3．阻挡竞争者模仿的能力

县级电大阻挡竞争者模仿能力主要体现在包括网络教学、面授辅导及论文(包括课程、毕业实践)指导、优质资源共享的组合能力上。单就个别项目来看，不足于显示其竞争力，例如，比较面授辅导，普通高校的优质师资及充裕时间是县级电大无法类比的，又如网络教学，普通高校的网院也具备这个能力。但就综合能力来看，则唯独电大占鳌头。一些网院缺乏面授辅导从而导致学员对疑难问题的解决或知识点归纳变得极为困难，特别是课程实践、毕业论文指导网院更是鞭长莫及，如某重点大学的网院在富阳设有教学点，该网院的毕业生在论文写作时，常常碰到一些无法克服的困难。因而迫使这些学生去寻找那些与高校网院不相关的电大教师求助；而普通高校对远程成人教育(例如函授)、夜大学等，无论在优质资源共享方面，还是在经常性的答疑解惑方面往往又显得捉襟见肘。

阻挡竞争者模仿的能力及电大多年的办学成果显示的声誉构成特别方式的资产占有；同时，县级电大已形成被市场认可的价值耐久性，例如，欧美等国的大学都认可电大毕业文凭。

(二)县级电大核心能力培育与拓展

学校的核心能力是包括技能、知识、组织的复杂体系，是长期实践、培育积累的结果。

要使县级电大长期生存并不断发展，依据现有的核心能力尚不足于站稳脚跟。还必须从以下几个方面培育与拓展核心能力：完善教学资源，发挥整体优势；加强校园文化建设；发展社区教育――适应地方产业发展的多元化非学历教育。

1．完善教学资源，发挥整体优势

电大多媒体教学资源、网上教学资源、网上图书馆及文本资源日趋完善、优化，但作为教学资源主体的师资队伍的优化未到位。因此，县级电大须充分利用并发掘现有教师资源，实行合格教师、骨干教师、学科带头人及专家型教师的梯级开发，以优化师资队伍。例如，浙江电大富阳学院从2005年12月开始实行六级聘任制，即综合教师的学历、职称、科研成果、教学能力及对教学贡献的大小划分成专家型教师、学科带头人、骨干教师、胜任教师、合格教师及不合格教师，并按不同档次的教师聘任提供不同的月奖。不合格的试用一年或解聘；搞好在职培训，优化教师学历结构；积极鼓励教师在职攻读学位的同时，还要对教师进行现代远程教育理论、现代教育技术、信息技术、教育管理、教学设计等基本理论及媒体实用技术的培训，以提高远程教育教师的整体素质；引进人才或扩展兼职师资队伍，建立合理的专兼职教师结构。教师职能结构既要明晰化，又要注重培养大批具有综合技能的多面手教师，例如能同时承担课程设计、编导、课件制作、课堂辅导、网上导学的责任教师。

2．校园文化建设

电大虽有面授辅导，但课堂上短暂的答疑解惑缺乏师生及生生间的情感交流，因而使不少学生不认可自己是学生，也不认可教师、课堂及学校的真实存在性；不少学生对网上虚拟课堂并不重视，个别则是从不进入网上虚拟课堂的。形成这种局面的因素有多种，但主要因素是电大校园文化建设的缺位或力度不够。教育是传承和发展人类文化的活动，生活是文化之源，文化又在改造和超越生活。教育――生活――文化，这一逻辑链条，把校园文化建设紧紧依附在教育、生活上，学校文化承载着改革教育、改善和超越生活的使命。校园文化建设不仅开发教学过程的文化内涵，而且赋予教学过程更多的文化内涵和意义。从关注和变革教学方式、学习方式入手，从丰富师生的教育生活入手，将使学习变成不可或缺的生活部分。清华、北大的学术固然是引人注目的，但她们的校园文化是吸引学子的一个重要因素。因此，县级电大须将校园文化作为未来发展的核心能力部分加以培育。

3．社区教育――适应地方产业发展的多元化非学历教育

依据十六大提出的“形成全民学习、终身学习的学习型社会”的目标，不少城市开始构筑社区教育框架。在市、县(区)政府作为社区教育主导者外，由谁担任主要教育任务，一直是各地专家、学者研讨的主题。从目前各县(区)电大所处的地理位置及教学特点来看，最适合承担社区教育的教学任务，这是一般院校很难适应和胜任的。因此，县级电大要将其列入拓展的核心能力。浙江电大富阳学院已于2005年挂上第二块校牌――富阳市(县)社区教育学院。经过近一年的运转，已在这个领域取得良好的社会效益及声誉。

三、县级电大战略选择

1．县级电大SWOT分析

SWOT分析是企业战略选择的一种科学方法，即将企业外部环境(威胁、机会)及内部环境(优势、劣势)列于表1中进行比较，分析，寻找出外部环境的主要因素及内部环境的主要因素，为企业战略选择提供依据。SWOT分析同样适用于学校战略选择前的环境分析，根据前面分析，我们将县级电大的如下：

2．战略选择分析

在SWOT分析基础上，我们建立相关分析模型图(见图1)。若学校处于第1象限，表明外部有众多的机会，而学校又具有强大的内部优势，则学校宜采用成长型战略，即学校对原有学科、专业等进行扩展；若学校处于第Ⅱ象限，表明外部有众多的机会，而学校内部劣势占主要地位，则学校宜先稳定(巩固)现有办学规模，而后，当优势增加、时机成熟时再采取成长型战略；若学校处于第Ⅲ象限，表明外部威胁占主导地位，而学校内部劣势也占主要地位，则学校宜采用紧缩型战略，即学校对原有学科、专业的招生规模等采取缩减；学校处于第Ⅳ象限，表明外部威胁占主导地位，而学校具有强大的内部优势，则学校宜采用多元化战略，即“一业为主多种经营”，例如以远程教育为主，兼“营”社区教育、技术培训等。

由于各地县级电大外部面临的机会或威胁基本相同，而内部优势或劣势存在着较大的差异，因此所选择的战略是不同的。例如，浙江电大富阳学院既有较强的内部优势，也有较多的劣势，相比较而言优势占主导，而机会与威胁比较，威胁占上风，因此，该学院选择第Ⅳ象限，即多元化战略。近两年来，富阳学院与当地不少企业合作开展技术、业务培训工作，包括承担富阳市社区教育教学工作，同时开展各类职业教育及与一些普通高校合作开展学历教育工作。以远程教育为主，兼“营”多种教育业务，使富阳学院的教育、教学工作充满生机、充满活力。

四、结语

除了用SWOT分析方法来作出战略选择，我们也可运用战略选择矩阵、战略聚类模型等方法来筹划学校的发展战略。在选定战略方案的实施中，依据内外环境的特点，学校各学科或部门可以参照企业竞争战略中经常运用的成本领先战略、差异化战略及集中化战略等竞争战略，选择适合自己特点的相应战略，以使学校从总系统与子系统都处于良好的竞争地位。

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篇（3）

气相生长纳米炭纤维一般以过渡族金属Fe、Co、Ni及其合金为催化剂，以低碳烃化合物为碳源，氢气为载气，在873K～1473K下生成的一种纳米尺度炭纤维。它与一般气相生长炭纤维(VGCF)所不同的是，纳米炭纤维除了具有普通VGCF的特性如低密度、高比模量、高比强度、高导电等性能外，还具有缺陷数量非常少、比表面积大、导电性能好、结构致密等优点，可望用于催化剂和催化剂载体、锂离子二次电池阳极材料、双电层电容器电极、高效吸附剂、分离剂、结构增强材料等。Tibbetts［2］在研究了VGCF的物理特性以后，发现小直径气相生长炭纤维的强度比大直径的强度要大。

Endo［3］用透射电镜观察到气相生长法热解生成的炭纳米管和电弧法生成的炭纳米管的结构完全相同。所有这些，都使气相生长纳米炭纤维的研制工作进入了一个新阶段。

另外，从图1的直径分布来看，纳米炭纤维处于普通气相生长炭纤维和纳米炭管之间，这决定了纳米炭纤维的结构和性能处于普通炭纤维和纳米炭管的过渡状态，因而，研究普通炭纤维、纳米炭纤维、纳米炭管的结构和性能的差异将具有重要的意义。

2气相生长纳米炭纤维的制备方法与影响因素

刘华的实验结果表明VGCF的强度随着直径的减小而急剧增大［4］。Tibbetts［2］在研究VGCF的物理特性时，也预测小直径的VGCF要比大直径的VGCF强度要大得多。由于VGCF的直径主要是由催化剂颗粒的大小来决定的［5］，因此大批量生产VGCNF的关键问题是催化剂颗粒的细化。

目前，VGCNF的制备主要有三种方法：基体法［6，7］、喷淋法或者流动催化剂法［8］和改进的流动催化剂法［9］。所谓的基体法是将石墨或陶瓷作基体，施以纳米级催化剂颗粒做“种籽”，高温下通入碳氢气体化合物，在催化剂的作用下碳氢气体分解并在催化剂颗粒的一侧析出纳米级纤维状炭。例如，Rodriguez［10］在基体上喷洒超细催化剂粉末，即用所谓的基体法高温降解碳氢化合物气体制备出50nm～80nm的VGCNF。这种基体催化剂方法可以制备出高质量的VGCNF。但是，超细催化剂颗粒的制备非常困难，在基体上喷洒不均匀，而且纳米炭纤维只在有催化剂的基体上生长，因而产量不高，不可能工业化生产。Tibbetts［8］用喷淋法或者流动催化剂法在一个垂直的炉子里成功地制备出了50nm～100nm的VGCNF。虽然这种方法提供了大量制备VGCNF的可能性，但是由于催化剂与碳氢气体化合物的比例难以优化，喷洒过程中铁颗粒分布不均匀，且喷洒的催化剂颗粒很难以纳米级形式存在，因此在制备纤维的过程中纳米级纤维所占比例少，而且总是伴有大量的炭黑生成。

为了解决以上两种方法的不足，充分利用基体法和喷淋法各自的优点，本研究小组用改进的气相流动催化剂法，在水应炉里，生长出10nm～100nm的VGCNF［9］。改进的流动催化剂法的主要特征是，催化剂并不是附着在基体上，也不象制备VGCNF所用的喷淋法或者流动催化剂法，将催化剂前驱体溶解在碳源溶液中，而是以气体形式同碳氢气体一起引入反应室，经过不同温区完成催化剂和碳氢气体的分解，分解的催化剂原子逐渐聚集成纳米级颗粒，因此分解的碳原子在催化剂上将会以纳米级形式析出纤维状炭。由于从有机化合物分解出的催化剂颗粒可以分布在三维空间内，因此其单位时间内产量可以很大，可连续生产，有利于工业化生产。

影响气相生长炭纤维的因素很多，研究也较充分，如氢气的纯度、碳氢气体化合物的分压、氢气和碳氢气体化合物的比例、反应温度、催化剂（颗粒大小、形状、结晶构造）的选取、气体的流量、微量元素的添加（如S）等都会影响到VGCF的生长。由于VGCNF和VGCF一样也是双层结构，即由两种不同结构的炭组成，内部是结晶程度比较好、具有理想石墨结构、中间空心的初期纤维；外层是结晶程度比较差、具有乱层结构的热解炭层［9］。因此，影响气相生长炭纤维的因素，也将影响着VGCNF的生长。

(1)氢气除了作载气外，还用以将Fe、Co、Ni等的金属化合物还原成为起催化作用的Fe、Co、Ni等单质。另外，还具有下列作用：(a)H2在金属表面上的化学吸附可以阻止石墨炭层的凝聚反应；(b)H2在金属表面上的化学吸附也可以弱化金属与金属间的结合力，使金属颗粒的大小适合于生长炭纤维［10］；(c)H2的存在也可以使催化剂颗粒重构，以形成可以大量吸附碳氢化合物的表面［11］。

(2)其它元素如硫的加入对VGCF的生长也产生很大影响，Kim［12］在研究硫的吸附与碳在Co做催化剂析出时的相关作用时发现：少量的硫可以促进金属表面的重构，防止催化剂失活。硫量过大，则会生成过多的硫化物，抑制催化剂的催化活性。另外，少量的硫也可以促进催化剂颗粒分裂，这对于生长高质量的纳米级VGCF具有非常重要的作用。

(3)为了高效率生长VGCNF，催化剂一直是研究的热点。Baker发现在铁磁性金属中添加第二种金属可以改变炭纤维的生长特性，产生非常高的有序结构［13］，生长多种形态的炭纤维。而且可以减少催化剂颗粒直径，VGCF的产量和生长速率也有所提高［14］。人们也发现往过渡族金属(Fe、Co、Ni)中引入第二种金属同样也能影响VGCNF的形貌和特性［6,7］.Chambers等在研究往Co里加入Cu对VGCNF的结构和性能的影响后,发现所制备的VGCNF具有非常高的结晶性［7］。

另外,Rodriguez［6］用纯铁作催化剂制备出石墨片层平行于纤维轴向的ribbon型的纳米炭纤维;用Fe-Cu(7:3)作催化剂制备出石墨片层与纤维轴向呈一定角度的herringbone型的纳米炭纤维;用硅基铁作催化剂制备出石墨片层垂直于纤维轴向的纳米炭纤维。所有这些现象都说明了催化剂颗粒的特性影响着纳米炭纤维的生长。

总之，氢气的分压、催化剂的选取、碳氢化合物的流量、微量元素的加入都会影响炭纤维的生长，对于VGCNF的制备，所有这些因素都必须加以考虑。

3气相生长纳米炭纤维的生长机理

一般认为，VGCNF与VGCF一样是由两种不同结构的炭组成的，内层是结晶比较好的石墨片层结构（即纳米炭管），外层是一层很薄的热解炭，中间是中空管。这些结构特性决定了VGCNF两个不同的生长历程。即先是在催化剂表面气相生长纳米纤维，然后是在其上面热解炭沉积过程。其中，在催化剂表面气相生长纳米炭纤维可以分为以下几个过程：

(1)碳氢气体化合物在催化剂表面的吸附；

(2)吸附的碳氢化合物催化热解并析出碳；

(3)碳在催化剂颗粒中的扩散；

(4)碳在催化剂颗粒另一侧的析出，纤维生长；

(5)催化剂颗粒失活，纤维停止生长。

目前，世界各国的科学家对VGCNF的生长机理还没有一个统一的认识，在许多方面还有争议。

例如：碳在催化剂颗粒中的扩散是靠温度梯度为推动力还是靠浓度梯度为推动力；真正起催化作用的是金属单质还是金属碳化物至今也是一个争论的焦点。

Oberlin［5］用Fe-苯-H2体系生成了VGCF，并对催化剂颗粒的电子衍射进行分析，发现有渗碳体Fe3C的存在。Audier［15］用选区电子衍射技术也发现了Fe5C2和Fe3C的存在。Baker［16］在研究了各种Fe的氧化物和碳化物的反应活性之后不同意渗碳体有催化活性的观点。当用很高浓度的渗碳体做催化剂时，没有发现炭纤维生长。

Yang在研究H2对碳降解的作用时发现，Fe3C表面对苯的热解无活性，通H2后恢复了金属性，则生长炭纤维的活性也恢复了。尽管金属碳化物有催化活性的说法与实验结果不符合，但碳化物的表面作用不可忽视。

另外，碳在催化剂颗粒中的扩散是靠温度梯度为推动力还是靠浓度梯度为推动力也是一个争论的焦点。最初，Baker［16］假定碳在催化剂颗粒中的扩散是靠温度梯度为推动力的。碳氢气体化合物在催化剂颗粒一侧放热分解，而在另一侧吸热析出。这样，就在催化剂颗粒中存在一个温度差，从碳氢气体化合物分解出的碳原子在这种温度梯度的作用下从催化剂颗粒的另一侧析出，生长炭纤维。

而Holstein［18］则认为碳在催化剂颗粒中的扩散是等温扩散，是靠浓度梯度为推动力的。Rostrup-Nielsen和Trimm［19］也认为碳在催化剂颗粒中的扩散是靠浓度梯度为推动力的。Holstein和Boudart［20］通过计算得出当金属催化剂表面发生放热反应的时候，在气体/金属界面和金属/纤维界面所产生的温度差小于0.1K可以忽略。另外，Rostrup-Nielsen［19，21］也发现在催化剂颗粒表面发生吸热反应的纤维生长。因此，他们认为碳在催化剂颗粒的扩散是靠浓度梯度为推动力而不是靠温度梯度为推动力的。不论靠什么作推动力，炭纤维的生长速度主要由碳原子在催化剂颗粒中的扩散速率决定，则是不容置疑的［18］。当催化剂表面被热解碳完全覆盖而失去催化活性时，纤维就停止生长。

对于碳氢气体化合物催化热解析出碳和催化剂失活的问题，许多科学家研究了金属与气体的界面反应。碳作为碳氢气体热解的最终产物有三种聚集状态：颗粒、片状及纤维状。随着反应条件不同，三种形态所占的比例将有所变化。当碳氢气体分子与催化剂颗粒相撞时，碳－氢、碳－碳键被削弱，再与气氛中的氢作用，各原子将重新组合，有人认为这时将产生一种活性很高的过渡态碳原子［22］,它继续变化的方向有以下几个：

(1)再与吸附在铁表面的氢和碳氢化合物结合;

(2)与同类碳原子相连形成表面包覆碳;

(3)进行催化剂体内扩散;

(4)析出、连续长出炭纤维;

其中(2)与催化剂失活有关。

尽管上述生长过程，为典型的晶须状纤维提供了一个合理的解释，但对于分叉状、多方向状、螺旋状VGCF却不能自圆其说。对于VGCF的分叉现象，可能是由于碳以固态形式从催化剂中析出，这会对催化剂颗粒产生排挤力，这种排挤作用可能会使催化剂颗粒分裂为两个或更多的小颗粒，这些小颗粒对纤维的生长仍然起着催化作用，结果导致了VGCF的分叉。

对于双向状、多方向状、螺旋状VGCF的生长机理，人们还没有统一和明确的认识。目前也仅仅是一些推测，认为氢气和第二种金属的加入，会使催化剂颗粒重构，形成适于生长VGCF的多个晶面［15］，然后是碳原子在颗粒中的扩散，在晶面上析出，生长VGCF。气相生长炭纤维尽管有大约二十年的研究和发展历史，但由于其生长过程的复杂性，人们对其生长机理的认识还远未完成，随着实验技术的发展，认识将更加深入。

4气相生长纳米炭纤维的性能及应用前景

作为一维结构的VGCNF具有许多优越的性能，因此它的潜在应用十分广阔。

由于VGCNF的缺陷数量很少、结构致密，所以VGCNF具有高强度、高比模量的力学性能，其强度比普通VGCF大。并且VGCNF具有直径小、长径比大的特点，因此可以用于高级复合材料的增强体，也可以用于航空、航天、环境、工民建材料及日常生活用品及其它高科技领域。

VGCNF表面具有分子级细孔，内部也具有细孔，比表面积大，气体可以在VGCNF中凝聚，因此可以吸附大量气体，是极具潜力的储氢材料，也可用作高效吸附剂、催化剂和催化剂载体。

另外，纳米炭纤维还具有较高的导电性，可望用于锂离子二次电池阳极材料、双电层电容器电极等。

直径为10nm～20nm的炭纤维在结构上和纳米管的结构相似，使气相生长法代替电弧法制备高纯度的纳米炭管成为可能。总之，高质量的纳米级VGCF的大量制备、充分利用其特性，开发新的应用领域，将是人们为之努力的方向。

5改进流动催化剂法制备的VGCNF

很久以前，人们就发现碳氢气体化合物通过过渡族金属表面催化降解可以析出微米级炭纤维，但直到九十年代才发现此种技术也可用来制备纳米炭纤维和纳米炭管。

本研究小组根据纤维直径大小主要由催化剂颗粒大小决定的这一事实，我们用易挥发的过渡族金属有机化合物析出的Fe、Co、Ni原子可以凝聚成纳米级催化剂颗粒的特点，采用改进的流动催化剂法制备出纯净的纳米炭纤维。如以苯为碳源，以二茂铁为催化剂前驱体，以氢气为载气，在1373K～1473K下成功地制备出直径在5nm～500nm内可控的纳米炭纤维。并且经过一系列的实验研究，发现了一种VGCNF的生长促进剂-含硫化合物，它一方面可以有效地阻止无定形碳、炭黑等杂质的生成，另一方面可以大大增加VGCNF的产量和收率。实验装置如图2。得到的VGCNF外观上有两种形式。一种为薄膜状“织物”，非常薄；一种为块状，有弹性，得到的产物如图3(a),3(b)所示。

实际上这些束状纤维是由许多单壁或者多壁纳米炭管组成的［23］。图5(a)和5(b)是块状产物的SEM和TEM形貌。从SEM图中可以看出块状产物也非常纯净。纤维直径分布比较均一，而且大部分纤维可以观察到中空管的存在，纤维的表面也非常光滑。

用改进的流动催化剂法制备VGCNF不仅设备简单，而且能半连续或连续生产，制备的VGCNF具有直径分布比较均匀、产品纯度高等优点，目前正在深入研究该方法的放大技术。

6小结

VGCNF是一种十分独特的纳米炭材料，具有许多与众不同的特性，如非常小的尺寸、独特的电学性能、特别优良的力学性能及吸附与催化特性。VGCNF具有十分广阔的应用前景，对其进行广泛而深入的基础和应用研究，具有十分重要的科学意义。

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