宏观超长定向碳纳米管阵列的制备

采用二甲苯和二茂铁作为碳源和催化剂的化学气相沉积法连续制备定向碳纳米管阵列,在反应6h内获得长度为6mm的宏观定向碳纳米管阵列。当反应时间超过6h后,定向碳纳米管阵列的生长速度明显下降,并有停止生长的趋势,反应16h,定向碳纳米管阵列的厚度仅为6．7mm。本文研究了采用多次连续进给碳源和催化剂的方式制备定向碳纳米管阵列,成功的制备了8．9mm厚的定向碳纳米管阵列,阵列中的碳纳米管具有高的定向性和良好的界面结合。     

定向碳纳米管阵列应用的研究进展

与普通碳纳米管相比,定向碳纳米管阵列因具有独特的结构和更优异的力学、电学和热学特性而备受关注。表面超疏水改性、功能材料及强化传热是定向碳纳米管阵列应用的三个主要方面。对定向碳纳米管阵列在这三个领域应用的最新研究进展进行总结和分析,重点阐述定向碳纳米管阵列实际应用中主要存在的问题以及发展方向。     

微图形定向碳纳米管场发射阵列冷阴极的研究

本文介绍了一种微图形化碳纳米管场发射阵列冷阴极,每个图形的直径仅为1μm,构成一个发射单元。制作工艺如下：首先在硅（100）基片上沉积氮化钛缓冲层,然后采用曝光工艺获得直径为1μm的胶孔阵列,沉积催化剂铁,最后采用直流等离子体增强化学气相沉积（DC-PECVD）生长直立的碳纳米管。并对17500个发射单元的阵列阴极进行了表面形貌表征及场发射特性测试。结果表明,碳纳米管阵列阴极的一致性较好;最低开启电场为1 V/μm;电场为17 V/μm时,测得的电流密度已达到90 mA/cm^2;发射电流为550μA时,在2.5 h内的波动小于5.6%。     

定向碳纳米管薄膜的制备研究

采用化学气相沉积法制备了定向碳纳米管薄膜,研究了向反应室载入水、氨水对定向碳纳米管薄膜的影响,并用SEM、TEM、XRD对碳纳米管进行了表征。结果表明：向反应室载入水的量增大,定向碳纳米管的长度先增加后减小。载入水的氩气流量为400ml／min,定向碳纳米管的长度1750μm;向反应室载入氨水,得到疏密相间排列的定向碳纳米管薄膜,氨水量增加,定向碳纳米管薄膜的厚度减小。     

定向碳纳米管薄膜的制备

以二茂铁为催化剂前驱体,氢气为载气,乙炔为碳源,硅片作衬底,用化学气相沉积法,采用不同的催化剂引入方式,在700℃下分别制备出定向碳纳米管薄膜及非定向碳纳米管薄膜.并基于实验结果对影响生长定向碳纳米管的因素进行分析,表明催化剂颗粒的诱导作用是导致生长定向碳纳米管的重要原因.     

定向碳纳米管阵列在石英玻璃基底上的模板化生长研究

分别以带有刻痕的石英玻璃和溅射过Au膜的石英玻璃为生长基底,通过催化裂解二茂铁和二甲苯混合物的方法,在基底上制备出了模板化的定向碳纳米管(CNT)阵列,扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察表明:在这两种基底上生长的定向碳纳米管阵列的模板化程度都很高,其中的碳纳米管多为直径在20～50nm的多壁管(MWNT),且具有很好的定向性。本文还分析、对比了基底材料对定向碳纳米管生长的影响,初步探讨了定向碳纳米管模板化生长的形成机制。     

反复拉伸法制备单壁碳纳米管定向排列的SWCNT／PMMA复合材料

采用反复机械拉伸法制备了单壁碳纳米管(SWCNTs)均匀分散且定向排列的SWCNT/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料.将半干状态的SWCNT/PMMA复合体沿同一方向反复拉伸100次,每次的拉伸比为50,每次拉伸完以后,将聚合物沿拉伸的方向反复重叠.SEM,偏振拉曼光谱分析均表明SWCNTs沿拉伸方向排列.电学与力学测试结果表明:与PMMA相比,复合材料的电导率、弹性模最、拉伸强度和延伸率均得到明显提高,并表现出显著各向异性,复合材料滑拉伸方向的电学和力学性能显著高于其垂直于碳纳米管排列方向的值.     

定向碳纳米管的制备及其场发射性能研究

定向碳纳米管的制备方法是碳纳米管场发射显示器技术领域一项十分关键的技术.简要介绍了定向碳纳米管的制备方法、结构检测技术,并综合评述了影响定向碳纳米管场发射性能的因素.     

定向碳纳米管薄膜的制备及其场发射性能的研究

利用高温裂解法，以酞菁铁为原料在不同基底(石英玻璃、硅片、氧化硅片等)上成功制备了碳纳米管定向薄膜。在扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)下观察表明，得到的薄膜由定向性良好的多壁碳纳米管(MWNTs)组成。详细讨论了反应时间等工艺参数对薄膜生长的影响，并测量了不同基底上定向碳纳米管薄膜的场发射性质。     

化学气相沉积法制备大面积定向碳纳米管

以二茂铁、二甲苯、氩气分别为催化剂先驱体、碳源、载气,直径100mm的刚玉管为反应室,石英玻璃为基底,催化热解制备定向碳纳米管.在50 min内,获得长600μm的定向碳纳米管阵列.SEM和TEM研究表明:二茂铁的二甲苯溶液导入反应室的入口温度控制在大约300℃时,能得到定向碳纳米管阵列;当载气流量从500ml/min增加到2000ml/min时,CNTs生长速度加快,长度增加;间歇地滴入二茂铁和二甲苯混合物,可能得到多层碳纳米管薄膜.     

碳纳米管阵列研究进展

在介绍CNT阵列性能的基础上,对国内外直接合成CNT阵列的方法进行了评述,重点阐述了各种方法的基本特点及CNT阵列的生长机理、结构控制和批量制备问题。进而探讨了CNT原生阵列、抽丝形成的CNT丝、以及CNT阵列分散后得到的CNTs在复合材料、力学增强、功能器件等方面的初步应用,展望了CNT阵列的发展趋势,指出低成本、大批量可控制备CNT阵列仍然是未来一段时间内国际研究热点。     

Mechanical immobilization of Hela cells on aligned carbon nanotube array

We demonstrate that an aligned multi-walled carbon nanotube array can immobilize Hela cells through insertion of the nanotube tips into the cell. The cells were immobilized by pressing onto the nanotube array with the aid of mild centrifugal force. The nanotube array fixed a much larger number of cells compared with the flat surface of a Si substrate, indicating strong binding force of the aligned nanotubes toward the cell. This is the first example of mechanical cell immobilization, which offers future applications of the nanotube array for cellular biology, tissue engineering, and biomolecular devices.     

定向碳纳米管/炭纳米复合材料形貌和显微结构

以CVD法定向碳纳米管(ACNTs)阵列为骨架,利用化学气相渗透(CVI)工艺制备了新型定向碳纳米管/炭(ACNT/C)纳米复合材料。通过偏光金相显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱等分析方法对其显微结构和热解炭沉积机理进行了研究。结果表明:所制ACNT/C纳米复合材料的热解炭结构主要为类粗糙层结构,围绕碳纳米管生长的热解炭石墨层片结构清晰,并且碳纳米管和热解炭之间具有良好的界面结合;而在相同工艺条件下围绕炭纤维生长的热解炭为典型的光滑层结构。这可能是由于在热解炭沉积过程中存在碳纳米管"诱导"沉积过程,即沿着碳纳米管径向的离域化共轭π键和具有类似结构的芳香族大分子通过π-π非共价键作用相结合,并在CNTs纳米尺寸的影响下,芳香族大分子按照"软取向"(Softepitaxy)围绕碳纳米管生成环形层片状类石墨结构的热解炭。该研究结果有望为热解炭的可控沉积起到一定的借鉴作用。     

空气氧化法提纯碳纳米管的研究

以乙炔为原料气，采用铁-镍复合催化剂，在700℃下，由化学气相沉积法(CVD)制得了直径为10nm～30nm的多壁碳纳米管(MWNT)。然后通过空气氧化法对所获碳纳米管进行提纯，去除了碳纳米管中的无定形炭、炭纳米颗粒及炭纤维等非晶碳成分，提高了碳纳米管的纯度；并研究了提纯温度和时间的关系。结果表明：碳纳米管在空气中440℃加热3h后，烧损率趋于平稳，基本上稳定在2％左右。使用透射电镜(TEM)考察提纯前后碳纳米管的形貌，发现碳纳米管在空气中440℃加热3h后，非晶碳成分基本去除，纯度得到提高。     

Infiltration of highly aligned carbon nanotube arrays with molten polystyrene

Highly aligned carbon nanotube/polystyrene (HACNT/PS) composites were prepared conveniently via polymer impregnation of aligned arrays, avoiding conventional solution or melt processes that involve high-shear blending. Detailed scanning electron microscopy (SEM), X-Ray diffraction (XRD) and differential scanning calorimetry (DSC) studies show that the alignment of the multi-wall nanotubes is retained after polymer impregnation. A range of key parameters were investigated, including the amount of molten polymer required for complete infiltration, the maximum mass fraction of CNTs in dense composites, and the effect of CNTs on the glass transition temperature (T_g) of the polymer. This approach may be adapted to the fabrication of large scale, highly anisotropic, thin or multilayer CNT composites using other molten polymers.     

Super-long aligned TiO2/carbon nanotube arrays

5?mm long aligned titanium oxide/carbon nanotube (TiO(2)/CNT) coaxial nanowire arrays have been prepared by electrochemically coating the constituent CNTs with a uniform layer of highly crystalline anatase TiO(2) nanoparticles. While the presence of the TiO(2) coating was confirmed by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Raman spectroscopy and x-ray diffraction, the resultant TiO(2)/CNT coaxial arrays were demonstrated to exhibit minimized recombination of photoinduced electron-hole pairs and fast electron transfer from the long TiO(2)/CNT arrays to external circuits. This, in conjunction with the aligned macrostructure, facilitates the fabrication of TiO(2)/CNT arrays for various device applications, ranging from photodetectors to photocatalytic systems. Thus, the millimeter long TiO(2)/CNT arrays represent a significant advance in the development of new macroscopic photoelectronic nanomaterials attractive for a variety of device applications beyond those demonstrated in this study.     

Tunable field emission properties of carbon nanotube arrays by engineering Fe catalysts

High-quality carbon nanotube (CNT) arrays composed of nanotubes with different diameters and wall numbers were synthesized by water-assisted chemical vapor deposition (CVD) from engineered Fe catalysts. Interestingly, the distribution of nanotube diameter and wall number broadened over 2.5 times as the catalytic Fe thickness increased. The mean diameter and wall number of nanotubes increased monotonically with the Fe thickness, while the calculated CNT area density within an array dropped about 32 times. Field emission measurements revealed that the turn-on voltage for CNT arrays decreased from 3.5 to 2.5 V/µm with the increased catalytic Fe thickness. It was believed that the screening effect from the proximity of neighboring nanotubes has a dominant influence than the CNT diameter on the resulting turn-on voltage.     

纳米碳管阵列

在概括纳米碳管阵列特异的场发射效应及在场发射器方面应用前景的基础上，介绍了合成纳米碳管阵列的研究历程以及化学气相沉积法在纳米碳管阵列合成方面的重要意义，就当前纳米碳管阵列的快速合成与低温合成两个发展方向进行了概述，并指出等离子体化学气相沉积法能有效地用于纳米碳管阵列的低温合成。