图形化的衬底电极改善碳纳米管的场发射特性

用电泳法将碳纳米管分别淀积到图形的和平面的ITO(铟锡氧化物)电极上作为场发射阴极并比较性的研究了它们的场发射特性.实验结果显示,相对于平面的衬底电极,斑条的ITO电极能够有效的改善碳纳米管的场发射特性.通过电场的数值计算,场发射特性的改善起源于斑条的ITO电极自身的表面电场增强引起了碳纳米管表面电场的两级放大.采用图形化衬底电极去制备碳纳米管阴极是改善碳纳米管场发射特性的一个简单、有效途径.     

碳纳米管工具电极的制备

纳米工具电极是进行纳米电解加工的必备条件,其特征尺寸直接影响纳米结构的最终尺寸.提出了利用电弧放电将碳纳米管束焊接在钨针尖上的纳米工具电极制备方法,并通过试验研究了钨针的针尖圆弧半径和放电电压对制备碳纳米管工具电极的影响.试验结果表明,不同尖端圆弧半径的钨针,所需有效放电电压不同,圆弧半径越小,有效放电电压越小,强电场分布越集中,越容易将碳纳米管束焊接在针尖的顶端;圆弧半径越大,强电场分布区域越大,越不容易控制碳纳米管束焊接的方向性.在针尖圆弧半径约为100 nm和300 nm的钨针上,放电电压分别为25 V和35 V时,成功制备出碳纳米管工具电极.     

碳纳米管膜在电解液中电子输运性质的研究

研究了在电解液下碳纳米管膜中的电子输运特性.所用的碳纳米管是用热灯丝化学气相沉积法合成的.与通常观测到的在碳纳米管膜/电解液界面存在的电化学势不同,实验结果表明,在电解液作用下碳纳米管膜与接触电极间也存在着明显的电势,并与介质溶液性质、浓度和温度有关.电势的大小随浓度和温度的增加而增加.并对实验结果进行了分析.     

电容型海洋电场传感器的探测原理及性能研究

研究了电容型电极探测海洋电场的原理,提出降低放大电路的输入阻抗稳定碳纤维双电层的方法。利用聚丙烯腈碳纤维T300制备了电容型海洋电场电极,使用电化学工作站对电极进了循环伏安测量;使用交流法测量了电极在水槽中的阻抗;根据测量的阻抗选取在放大器输入端并联阻值分别为500Ω、1kΩ、2kΩ的电阻,研究了不同的输入阻抗对碳纤维电极在水下电场的电位稳定性、噪声稳定性和测量性能的影响。实验结果表明碳纤维T300制备的电极在水中呈现电容效应;输入阻抗越小电极电位和噪声稳定越快;稳定后电极自噪声达到1nV/√Hz@1Hz,在信号调理电路输入阻抗为500Ω的情况下,所制备的电极2h后即可达到最佳自噪声性能;电极可准确还原0.001Hz以上的海洋电场。综合而言所制备的碳纤维电极和合适的放大电路输入阻抗结合组成海洋电场传感器满足微弱海洋电场信号的测量和探测装备的快速部署。     

流体组装制造的金属-碳纳米管-金属结构

基于碳纳米管的纳米器件制造中,金属-碳纳米管-金属结构是重要部分通过流体组装多壁碳纳米管,并在其上沉积、光刻图形化金属制造了金属-碳纳米管-金属结构．对比不同流体组装条件下的排列效果发现,较大的样品台倾角和较高的气流速度可实现较好的碳纳米管组装．通过对碳纳米管与金属间的接触电阻进行估算和比较,金属包覆碳纳米管比碳纳米管沉积在全电极上的接触方式具有更小的接触电阻和接触电阻分散性,且碳纳米管与金电极接触状态比钛电极好最终通过该方法制造出了接触良好的金属-碳纳米管-金属结构。     

流体排布与介电电泳结合排列组装碳纳米管

流体排布和介电电泳是碳纳米管生长后排列组装的两种方法.流体排布可实现基片上较大范围的碳纳米管定向排列,且流体剪切力作用可将弯曲的碳纳米管在一定程度上拉直,但利用流体难以实现在特定位置组装碳纳米管.而介电电泳通过电极上不均匀电场实现碳纳米管在电极间沿电场方向的定向定位排列组装,介电电泳的不足之处在于电泳力难以将弯曲的碳纳米管拉直.本研究结合这两种组装方法的优势,采用流体与介电电泳结合排列组装碳纳米管.通过选择流体流动和电泳参数,流体结合直流或带直流偏置的交流电泳实现了较好的碳纳米管排列组装.与介电电泳组装相比,结合流体能减少碳纳米管之间的粘连,起到梳理拉直的作用,并提高了组装效率;与流体排布相比,结合介电电泳实现了碳纳米管在指定位置的组装.     

纳米金刚石膜场发射性质的研究

研究了不同衬底上纳米金刚石膜场电子发射性质.纳米金刚石膜是用热灯丝化学气相沉积法合成的.反应气体是CH4、H2和N2的混合物.得到的纳米金刚石膜利用扫描电子显微镜和拉曼谱等进行检测和表征.场发射是在压强为106Pa的真空室进行测量的.实验结果表明,在纳米金刚石膜上涂有碳纳米管展显了更低的开启电场,它比碳纳米管,Mo上纳米金刚石及Si上纳米金刚均要低得多.但Mo和Si上纳米金刚石要比Si上多晶金刚石开启电场低.文中对实验结果进行了讨论.     

电场磁场控制一维碳纳米材料生长研究进展

施加电场或磁场是一种能够有效控制一维碳纳米材料（包括碳纳米管、碳纳米纤维）生长的方法。文章评述了近年来电场磁场控制一维碳纳米材料生长的研究进展,介绍了电场磁场施加于各种不同的碳纳米材料制备方法,并提出了该方法在未来的发展方向。     

掺杂导电增强相对铝电极性能的影响

掺杂不同含量的石墨烯、碳纳米管、纳米银、银包铝粉作为导电增强相制备铝浆,将其印刷在氧化锌基片上并在680℃烧结得到铝电极,研究不同导电增强相对铝电极的导电性和附着力等性能的影响.采用四探针法测定铝电极方阻,通过二次烧结银电极,使用拉力试验机测定铝电极的附着力.采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等手段对掺杂导电增强相铝电极的显微组织、形貌及成分等进行表征.结果表明:碳纳米管和石墨烯的掺杂量分别为1％、2％(质量分数,下同)时,铝电极导电性的提高效果较好,当掺杂量分别高于1.5％、3％时,铝电极表面形貌及组织会被破坏,导致铝电极导电能力差、附着力低;掺杂纳米银对铝电极导电性的提高效果最好,掺杂后铝电极表面平滑光整、组织致密均匀、金属光泽度高、附着力好.掺杂6％纳米银制备S3组铝电极,测定其平均方阻为0.22Ω/□,该铝电极与氧化锌基体的附着力达到8.9 N/mm2.同时,为了探究铝电极的稳定性,实验测定了掺杂不同导电增强相的铝电极在室温60 d内的电阻变化率.结果表明:各组铝电极电阻在室温环境下变化均较小,掺杂纳米银的铝电极电阻变化率最小,为0.98％;掺杂碳纳米管的铝电极电阻变化率最大,为1.52％.     

张衡一号空间电场探测仪设计北大核心CSCD

张衡一号空间电场探测仪为我国首发电磁监测试验卫星(CSES)主载荷。基于探测原理以及与轨道等离子体环境电势耦合模型,论述了张衡一号双探针式空间电场探测仪设计基本原则和依据;针对不同的轨道等离子体环境条件和鞘层厚度,阐述了相应的球形探针收集电流、相对耦合电势及鞘层阻抗的数学表达,分析了该探测仪电场探测精度的影响因素以及主动偏置电流效应,研究表明,对于CSES飞行轨道环境条件,采用施加负向偏置电流,可使得探针鞘层阻抗小于1×105Ω,从而提高空间电场探测精度;研究了张衡一号空间电场探测仪探针间耦合电势差测量等效电路模型和球形探针最小几何半径设计约束条件,结果表明,对于CSES飞行轨道通常等离子体环境条件,当球形探针几何半径r3×10-2m时,可实现两球形探针电势差测量偏差系数α!10-6的设计要求。在以上基础上,叙述了张衡一号空间电场探测仪球形探针结构与电子学设计,并简述了探测系统主要组成、工作模式和频段等。     

Qualitative characterisation of contact strength between carbon nanotubes and electrodes

Carbon nanotubes (CNTs) were aligned between microelectrodes by dielectrophoresis. Atomic force microscope (AFM) was used to manipulate the deposited CNTs, and the contact strength between CNTs and electrodes was qualitatively characterised by the level of difficulty for manipulation. The results show that unwelded CNTs were moved away easily by AFM tip, while the welded CNTs could resist the tip lateral force even if the CNTs were cut off by the tip. The improved mechanical property of the welded sample is attributed to the embedding of CNTs, which bonds reliably with the metal electrode.     

高场发射性能碳纳米管薄膜的沉积与表征

利用电泳法将碳纳米管（CNTs）沉积在表面镀覆了50～150 nm Ti薄膜的Si基底表面,900℃真空退火后形成了具有良好场发射性能的Ti-CNTs薄膜阴极.利用X射线衍射和扫描电子显微镜对制备的Ti-CNTs薄膜进行了表征.结果表明,高温退火过程中,CNTs的C原子和基底表面的Ti原子发生化学反应,在CNTs与基底之间形成了导电性钛碳化物,明显改善了CNTs与基底之间的电导性和附着力等界面接触性能;与Si基底表面直接电泳沉积的CNTs薄膜相比,制备的Ti-CNTs薄膜的开启电场从1.31 V/μm降低到1.19 V/μm;当电场强度为2.50 V/μm时,Ti-CNTs薄膜的场发射电流密度可达13.91 mA/cm^2;制备的Ti-CNTs薄膜显示出改善的发射稳定性.     

尖锐端头碳纳米管的制备与场发射特性

采用氢电弧法制备了尖锐端头的碳纳米管,获得了具有三种特殊形貌的尖端,即锥形、颈缩形和铅笔状尖端.该特殊彤貌的彤成可归因于在原料中加入硅粉进而形成的结构缺陷.研究了所得碳纳米管的场发射特性,发现其阈值电场较低,仅为3.75V/mm;场发射电流密度可高达～1.6×105A/cm2;且场发射稳定性好.以上优异的场发射性能归结于该碳纳米管具有良好的结构完整性和独特的尖端结构特征.

Abstract：

Carbon nanotubes (CNTs)with sharp tips were synthesized by a hydrogen arc discharge method. Three unusual morphologies,i.e. ,a cone-shaped tip,a suddenly-shrinking tip,and a pencil point-like tip were observed. These novel tip structures are considered to be related to the addition of a small amount of silicon powder in the raw material,which may introduce structural defects in the CNTs. The field emission properly of the sharp-tip CNTs was investigated,and a low threshold electric field of 3.75 V/m,a high field emission current density of ～1.6× 105 A/cm2,and a good emission stability were demonstrated. The superior field emission performance of the CNTs can be attributed to their good crystallinity and unique tip structures.     

FIB／SEM双束系统在微纳加工与表征中的应用

简要回顾了聚焦离子束／扫描电子显微镜双束系统在国家纳米科学中心的应用。围绕透射电镜样品制备、扫描电子显微镜与扫描离子显微镜、纳米材料的二维与三维表征等材料表征,以及离子束直接刻蚀加工如光子晶体阵列器件原型加下、材料沉积加工如用于电学性能测试的四电极制作、指定点加工如原子力显微镜针尖修饰、三维加工、电子束曝光及其与聚焦离子束联合加工等纳米结构加工两方面,以一些具体实例分类进行了介绍。针对限制其应用的一些不利因素,如加工效率低、面积小、精度不足、加工损伤等问题,一些新技术如新型离子源Plasma、He^＋／Ne^＋离子等与现有Ga^＋聚焦离子束系统配合将成为未来发展方向。     

外电场下氧化石墨烯薄膜的微观摩擦行为

氧化石墨烯是一种准二维片层结构炭材料,具有独特的物理化学性能,其中摩擦性能的好坏对其构成的一些微／纳机电体系的稳定应用起着重要作用。为了研究外加电场作用对氧化石墨烯薄膜微观摩擦行为的影响,采用原子力显微镜,对针尖施加一定电压,测量其与氧化石墨烯薄膜表面的微观摩擦力大小,实验结果表明,针尖外加负电压时摩擦力不受影响,而正电压下摩擦力会明显上升,且随外加正电压值的增加而增大。同时结合针尖在外加电压时与氧化石墨烯薄膜表面的粘附力和静电力的测量,对外加电压的影响机制进行了探讨。     

AFM动态电场诱导氧化加工的电流分析

对Si表面动态电场作用下利用原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)诱导氧化加工进行了实验研究,通过监测加工过程中的电流变化进行了加工机理和工艺的分析.施加的动态电场为方波,频率范围为1 Hz～10MHz,获得的氧化物高度为1 nm～2 nm.实验结果表明氧化加工过程中,探针、氧化物和Si之间构成了导体-绝缘体-半导体隧道结,其电容效应会影响氧化物的继续生成.采用调制电压进行诱导氧化加工可以提高氧化物的生长速度和优化氧化物的纵横比.实验得出采用频率约为10～100 Hz的调制电压,可获得最优的纵横比.     

高能球磨工艺对CNTs／Cu复合粉末与材料性能影响

采用卧式高能球磨和机械合金化工艺制备了纳米碳管增强铜基（CNTs／Cu）复合粉体,并采用真空冷压烧结制备出CNTs／Cu复合材料,研究了高能球磨工艺参数对复合粉体与材料性能的影响规律,包括球磨时间和搅拌轴转速对复合粉体粒度、松装密度以及力学性能的影响,结果表明,高能球磨技术有利于CNTs与铜的界面结合和机械合金化。高能球磨的最佳工艺条件：搅拌轴线速度4．2／5．4m／s,球磨时间2～4h,得到的CNTs／Cu复合粉体的中位径为11．76μm,松装密度为1．356g／cm3。CNTs／Cu复合材料的致密度到达94％,硬度到达92HB,抗拉强度到达138Mpa。     

卟啉与铜Cu（II）卟啉配合物LB膜的制备及性质研究

合成了5-（间羟基苯基）-10,15,20-三对氯苯基卟啉（5-（m-hydroxyphenyl）-10,15,20—tir（P—chlorohenyl）porphyrin,m-OH—TCP）及铜卟啉配合物（m-0H—TCP—Cu（Ⅱ））,并系统地研究了其在气／液界面上的成膜性能。利用UV--vis分光光度计,原子力显微镜等方法对其膜的表面形貌及金属离子Cu（Ⅱ）对卟啉环在LB膜中的排列取向及相互作用的影响进行了详细研究。实验结果表明：在制备的单层膜中,当亚相为超纯水时,m-OH—TCP分子中卟啉环面与水平面倾角约为14．5°;当改变亚相环境时（亚相为Cu（Ⅱ）离子浓度为5×10^ -4 mol／L的水溶液）,m-OH—TCP分子中卟啉环面与水平面倾角约为51．9°;而对于合成的铜卟啉配合物（亚相条件为超纯水）,m-OH—TCP～Cu（Ⅱ）分子中卟啉环面与水平面倾角约为33．2°;证明在亚相中引入Cu（Ⅱ）,可以有效的诱导卟啉环取向,亚相中Cu（Ⅱ）的诱导机理可能是通过Cu（Ⅱ）与卟啉环面空腔形成的氢键作用,而非配位作用。这为卟啉衍生物功能纳米材料性质LB膜研究提供了理论和实验依据。     

聚邻乙氧基苯胺(POEA)的研究进展

为了提高聚苯胺(PANI)的溶解性和导电性,近年来聚邻乙氧基苯胺(POEA)的合成受到越来越多的关注。POEA可由电化学方法或化学氧化法合成。本文综述了POEA的合成技术,材料表征技术、导电机理和POEA材料在导电导磁薄膜、防腐材料等领域的应用研究进展。