比表面积是衡量物质特性的一项非常重要的参量,传统的比表面积测定方法普遍存在测试过程相对复杂、耗时长等问题。近年来,低场核磁共振技术蓬勃发展,展示了快速、无损等特性,为比表面积的快速测定提供了坚实的理论与技术基础。20世纪以来,碳纳米材料因其独特的物化性能成为研究热点,广泛应用于催化、储能、储氢及生物传感等领域,对其比表面积进行精准、快速评估的研究尤为重要。为此,本课题综合理论和实验方法,研究了低场核磁共振技术弛豫信号与碳纳米材料比表面积、浓度的关系,建立了基于低场核磁共振弛豫方法的碳纳米材料比表面积快速测定模型。首先,通过研究碳纳米材料的合成,获得不同的比表面积参数。为了建立多元非线性数学模型,本课题研究了四种不同结构的碳纳米材料(片、管、带、球),参考改善Hummers法合成氧化石墨烯层片;采用纵向解链法,将碳纳米管沿纵向“切开”合成氧化石墨烯纳米带;将氧化石墨烯层片与二氧化硅水溶液混合形成复合体,去除模板后制备三维氧化石墨烯空心球。针对不同结构的碳纳米材料,通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)观察和分析,获取碳纳米材料的形貌、尺寸、结构有序度等信息;采用BET法测定碳纳米材料的比表面积。其次,将比表面积参数与核磁共振弛豫信号相关联,建立基于低场核磁共振弛豫方法的碳纳米材料比表面积快速测定模型。通过优化脉冲序列和后续数据处理,确立横向弛豫时间作为模型参数。根据实验数据依次建立了四种不同结构碳纳米材料横向弛豫时间与浓度的对数函数模型;进一步确立了碳纳米材料比表面积与横向弛豫时间、浓度相关的多元非线性数学模型。误差分析表明,依据此模型计算的比表面积数值与BET法测试的结果在8%以内,能实现较好的预测评估效果。最后,对上述建立的碳纳米管和氧化石墨烯空心球比表面积快速测定模型,进行了应用的可行性验证。针对碳纳米管和氧化石墨烯空心球的规则几何特征,利用TEM表征分别测得其内外半径,并构造与材料比表面积线性相关的几何特征函数。将几何特征函数计算结果与建立的模型预测结果进行对比分析,两者具有良好的相关性,有效证明了本课题提出的基于低场核磁共振弛豫方法碳纳米材料比表面积快速测定模型的可行性。