CNTs-TiO2复合薄膜的场发射及其在电离规中的应用

介绍一种制备碳纳米管（CNTs）薄膜的方法—擦涂法。利用这种方法制备了CNTs薄膜以及CNTs-TiO2复合薄膜,对其场发射性能进行了研究,发现CNTs＋（7%～10%（质量比））TiO2复合薄膜的场发射性能与纯CNTs薄膜相比有较大改善,开启电场由2.5V/μm降低到1.3V/μm,阈值电场由4V/μm降低到3.1V/μm,场发射的均匀性与稳定性也有显著的提高。利用CNTs＋7%TiO2薄膜样品作为电离真空规的冷阴极,实现了在2×10-2～3×10-5 Pa范围内的近似线性响应,灵敏度约为3.36Pa-1。这种电离真空规具有体积小、低能耗的特点。     

碳纳米管纯化的研究进展

鉴于不同方法所制备的碳纳米管都混有无定形碳、碳纳米颗粒、富勒烯及催化剂粒子等杂质,故必须对其进行纯化。笔者对现今的主要提纯方法,诸如物理纯化法(离心与微孔过滤,空间排阻色谱),化学纯化法(气相氧化,液相氧化等)进行了评述,并介绍了各种方法中典型的提纯步骤。对这些提纯方法的机理也进行了讨论。     

硝酸镍催化裂解甲烷制备碳纳米管

以CH4为碳源,H2为还原气体,硝酸镍溶液为催化剂,在不同条件下催化热解制备多壁碳纳米管,对所得样品进行了提纯,并用透射电镜(TEM)和拉曼光谱对样品进行了表征。分析了不同温度,生长时间,气体流量和配比等实验参数对所制备样品结构和性能的影响,结果表明:在750℃,CH4/H2为1:6,总气体流量和生长温度合适时,碳纳米管的产率最高,温度升高至850℃后,样品中无定形碳等杂质增多,而且,高温下制备的碳纳米管含有较多缺陷,来源于管壁可能由大片石墨拼接而成。     

碳纳米管含量对激光熔覆镍基复合涂层组织与性能的影响

针对Ni60A/WC复合涂层硬质相分布不均、减摩性能不足等问题,利用碳纳米管（CNTs）的高熔点和优良的自润滑性能,采用激光熔覆技术在45钢基体表面制备了添加不同含量CNTs的镍基耐磨涂层。通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪（XRD）分析了涂层的显微组织、元素组成和相组成。通过显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了涂层的硬度和耐磨性能。XRD图谱表明:熔覆层主要由Ni-Cr-Fe固溶体和WC、W₂C、Cr₃C₂、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、B₄C等硬质相组成。显微组织结果表明:CNTs的添加促进了异质形核,有利于硬质相均匀分布,明显细化了熔覆层的显微组织。由于CNTs具有细化晶粒以及提升自润滑性能的作用,适量添加CNTs可提升熔覆层的显微硬度和耐磨性能。当CNTs的质量分数为0.5%时,熔覆层的显微硬度为1100 HV,摩擦系数为0.3,磨损体积为1.24×10^-4 mm³     

研究人员为检测酒精饮料中的葡萄糖开发新型的生物传感器

随着碳纳米管（CNTs）的独特性能的证实,作为一个有前景的电极材料,单壁碳纳米管的使用受到越来越多的关注。因此,CNT粘贴由充分混合单壁碳纳米管和矿物质而成的电极已经在大量的实例中看到。改进一个适当的催化剂,由此产生电极对于氧化还原的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）表现出良好的催化活性。结果,     

快速分析电大腔体电磁散射的混合算法

为提高电大腔体电磁散射分析的效率,提出将迭代物理光学法（IPO）与快速多极子方法（FMM）相结合的混合算法IPO＋FMM,给出该混合算法的数学模型推导,该算法可将每迭代步的计算量由O（N^2）降到O（N^1.5）,最后分析了二种不同形状的电大尺寸腔体的雷达散射截面。数值结果表明,该混合算法与IPO算法相校,精度相当但效率有显著提高。     

基于金属基复合材料的硅通孔热应力仿真分析

硅通孔(TSV)技术是三维集成电路中的关键技术,对信号传输以及热量的传导起到关键的作用,其热可靠性的问题一直都是研究热点。基于Comsol Mulitiphsics平台,通过有限元仿真分析,研究了金属基复合材料对TSV热应力的影响。并进一步研究了在不同通孔直径以及不同TSV高度下,碳纳米管(CNTs)、碳纳米管铝(CNTs/Al)以及碳纳米纤维铜(CNFs/Cu)等复合材料和传统金属材料的等效热应力情况。结果表明:与传统金属材料相比,金属基复合材料CNTs/Al以及CNFs/Cu均能有效降低TSV的热应力,提高TSV的热可靠性;并且对于CNTs含量不同的金属基复合材料,其TSV的等效热应力也会有所不同,需综合考虑合理选择CNTs的含量。     

基于激光作用的含CNTs复合涂层的摩擦磨损研究

碳纳米管具有超强的力学性能,极高的纵横比、高的化学和热稳定性及导电性,是制备复合材料的理想组元。本文采用大功率CO2激光器,以45碳钢为基体,制备了激光熔覆的CNTs复合涂层。研究了在激光作用下,工艺参数对涂层性能的影响,并对复合涂层进行了摩擦磨损试验。试验结果表明:经激光熔覆处理制备的CNTs复合涂层,其耐磨性能显著提高,磨损失重是未处理的38%,摩擦系数也显著下降,是未处理试样的37%。     

电沉积镍纳米晶对碳纳米管生长的影响

我们的前期研究发现，通过制备脉冲电沉积镍（Ni）纳米晶作为催化剂，在火焰中可以生长出直径均匀的碳纳米管（CNTs），还可以通过改变电沉积参数获得不同尺寸的纳米晶晶粒，从而达到控制CNTs管径的目的。本工作进一步研究Ni纳米晶的表面形貌的CNTs生长形态和机理的影响。     

电场诱导生长阵列碳纳米管及模拟计算

电场诱导生长阵列碳纳米管（CNTs）是最有效、易控制的方法，在场发射等方面具有重要的应用前景。与CVD和电弧法等相比，火焰法具有设备简单容易施加电场等特点。有限元方法（FEM）已成功地应用于模拟计算CNTs的各种性能。本工作利用FEM建模，定量计算CNTs在生长过程中受到的电场力，从理论上更全面地解释CNTs的阵列生长过程和生长机制。     

Ni/MgO催化剂下碳纳米管的生长特性

采用射频等离子体增强化学气相沉积法(RF-PECVD),以Ni/MgO为催化剂,在Si基片上生长了碳纳米管,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、Raman光谱以及高分辨透射电镜(HRTEM)等对不同的MgO含量下制备的碳纳米管形貌及结构进行了表征。结果表明,随着MgO含量的增加,从碳纳米洋葱转化为碳纳米管,其直径逐渐变小、均匀,碳纳米管纯度提高,结晶性能越好;碳纳米管顶端形成开口或闭口的碳洋葱纳米结构,而管的主干区域则存在催化剂,并且随着MgO含量的增加,呈现纳米颗粒转化为纳米线的趋势;MgO含量为50%时,部分碳纳米管的外壁剥离,形成了单原子石墨层,长度达到7nm,并在碳纳米管内部填充了Ni纳米线,其长度有60nm。     

空气氧化法对纳米碳管场发射性能的影响

以镍金属为催化剂,在600℃条件下,采用化学气相沉积法(CVD)制备碳纳米管。将制得的碳纳米管用高能球磨法处理0.5～1h后,以空气氧化法进行提纯,并研究了氧化温度对碳纳米管形貌和场发射性能的影响。用扫描电镜、Raman光谱分别对300～500℃的氧化提纯后的碳纳米管的形貌和结构进行了表征。结果表明:碳纳米管的场发射性能随温度的升高而升高,经400～450℃加热10min后,非晶碳成分减少,碳管纯度得到提高,场发射性能达到最高;当氧化温度继续升高时,碳纳米管的缺陷密度增大,非晶化程度增加,场发射特性变差。因此,通过控制氧化温度可以有效提高碳纳米管的纯度和场发射性能。     

碳纳米管团聚结构的电镜研究

纳米聚团床催化裂解法制得的碳纳米管均以团聚体形式存在，本文利用电子显微镜观察了两种碳纳米管团聚体的团聚结构，分散形态及微观结构，研究表明，纳米聚团床催化裂解法制备的碳纳米管具有多级团聚结构，范德华力及缠绕作用共同造成了多级团聚体的形成，细长的碳纳米管分散困难，易絮凝；短小弯曲的碳纳米管易于分散。     

碳纳米管对Ni60激光熔覆层的耐蚀性影响

利用自动送粉激光熔覆技术,在A3钢表面进行了Ni60合金添加碳纳米管的激光熔覆实验,采用静态浸泡法对相同工艺条件下获得的纯Ni60熔覆层和碳纳米管/镍基熔覆层的耐腐蚀性进行研究,在光学显微镜下观察样品表面腐蚀形貌,并对碳纳米管/镍基熔覆层的腐蚀机理进行了分析.结果表明:当碳纳米管的含量为0.3 wt%时,碳纳米管/镍基激光熔覆层的耐腐蚀性能最好,与纯Ni60激光熔覆层相比,耐腐蚀性提高1倍多.碳纳米管/镍基激光熔覆层耐腐蚀的原因在于熔覆层保留的碳纳米管使熔覆层更加致密,隔离了腐蚀介质,促进了镍基合金的钝化,从而提高了熔覆层的耐蚀性;同时,熔覆层中保留下来的碳纳米管和被分解的碳纳米管与金属基体形成碳化物,作为增强相均匀弥散在熔覆层中,它们的存在阻止了腐蚀坑的长大,因而蚀坑较小,耐腐蚀性得到提高.     

碳纳米管薄膜的电泳沉积与场发射性能

采用电泳法在Si基片上沉积碳纳米管(CNTs)薄膜。研究了电泳极间距、电泳时间及电泳电压等对沉积的薄膜形貌结构与场发射性能的影响。SEM、高倍光学显微镜和场发射性能测试结果表明,保持阴阳极间距为2cm,在100V的直流电压下电泳2min所获得的CNTs薄膜均匀、连续、致密且具有最好的场发射性能,其开启电场强度仅为1.19V/μm,当外加电场强度为2.83V/μm时,所获得的最大发射电流密度可达14.23×10–3A/cm2。     

RF-PECVD法研究碳纳米管的生长特性

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD),以Fe作为催化剂,在Si基片上生长了碳纳米管(CNT),采用扫描电子显微镜(SEM),高分辨透射电子显微镜(HR TEM)以及显微Raman光谱等对制备的CNT的形貌及结构进行了表征.结果表明:700℃和800℃温度下生长的CNT均取向无序、弯曲缠结,由整齐排列的圆...     

液化石油气燃烧火焰制备一维碳纳米材料

本文利用民用液化石油气为碳源,在经过预处理的低碳钢和含Ni合金钢等基板上成功地制备出“空心”碳纳米管(CNTs)和“实心”碳纳米纤维(CNFs)等一维碳纳米材料。实验发现基板预处理对一维碳纳米材料的制备起着决定性的作用,如：机械研磨预处理时很难制备出一维碳纳米材料,而采用涂覆和电镀处理则很容易获得一维碳纳米材料。利用场发射枪高分辨扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和激光拉曼光谱(RS)等技术对碳纳米材料的结构进行了表征。从本实验可以预见,制备一维碳纳米材料将变得更简单,更经济。     

Synthesis of carbon nanotubes by catalytic chemical vapour deposition: A review on carbon sources,catalysts and substrates

Carbon nanotubes (CNTs) have been extensively studied during the past two decades and Catalytic Chemical Vapour Deposition (CCVD) technique has been untiredly employed by researchers to produce CNTs of various crystallographic configurations. In this paper the material aspects carbon sources, catalysts and substrates with regard to CCVD synthesis of carbon nanotubes are reviewed in light of latest developments and understandings in the field. The role of these materials in synthesis of CNTs is explained keeping the upto date literature in view. Latest research reports and their findings are presented with regard to effects of growth control aspects such as temperature, vapour pressure and catalyst concentration on CNT formation. Besides recent understandings with regard to preferential growth of CNTs are also discussed. From this literature review it is found that carbon diffusibility and carbon solubility of any catalyst are two important factors in determining CNT nucleation and growth. Moreover, addition of catalyst species to any transition metal catalyst can improve the catalyst performance and addition of water, air, alcohol etc. during CCVD process can increase the activity and lifetime of the catalyst besides enhances the production of CNTs.     

Fabrication of carbon nanofibers using only ion beam irradiation to glassy carbon

Carbon nanofibers (CNFs) and carbon nanotubes (CNTs) are new carbon-based materials. However, the production of CNFs and CNTs is very difficult due to the complicated processes and high temperature involved. Therefore, a method of fabrication is required that enables high throughput at a low cost.Our previous study reported that oxygen ion beam energy of 500 eV applied to glassy carbon (GC) forms the finest pitch conical anti-reflection (AR) structures, and that an irradiation time of more than 24 min fabricates conical AR structures with heights of more than 250 nm. After the fabrication of the AR structures, irradiation by an argon ion (Ar⁺ beam changes the surface morphology, and oblique angle irradiation can form CNFs. Thus, we carried out oblique Ar⁺ beam irradiation on conical carbon protrusions on GC fabricated by oxygen ion beam irradiation. As a result, CNFs have been formed using oxygen and argon ion beam irradiation at room temperature. In addition, multi-wall CNT can be obtained by two-step ion beam irradiation.     

Vertically aligned multi-walled carbon nanotube growth on platinum electrodes for bio-impedance applications

A technological process for growing multi-walled carbon nanotubes (CNTs) on the platinum electrodes of devices used for bio-sensing and cell recording and stimulation is presented. In order to ensure the biocompatibility of the devices, platinum instead of other materials like iron, cobalt or nickel was used as CNT catalyst. SEM and HRTEM characterization show growth of high density of vertically aligned multi-walled CNTs on the electrodes. Electrical characterization and impedance measurements on the CNT-modified electrodes validate the fabrication process. The presence of amorphous carbon indicates that an improvement of the electrodes characteristic would be achieved after introducing purification strategies.