衬底温度对碳纳米管生长和结构的影响

用CH4、NH3和H2为反应气体,利用等离子体增强热丝化学气相沉积在沉积有Ta缓冲层和Ni催化剂层的Si衬底上制备了准直碳纳米管,并用扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了它们的生长和结构随温度的变化.结果表明生长的准直碳纳米管是竹节型结构,其直径随衬底温度的降低而减小,生长速率随衬底温度的升高有一极值.从催化剂在衬底温度作用下的变化开始,分析了衬底温度对碳纳米管生长和结构的影响.     

在金属薄膜衬底上定向生长碳纳米管

研究和探讨了预处理和温度影响对碳纳米管定向生长机制的作用。利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法,以金属Fe薄膜为催化剂,在单晶硅衬底上定向生长碳纳米管(CNT)。通过给予不同的预处理时间和温度条件,在Fe/Si衬底上沉积出碳纳米管,通过扫描电子显微镜(SEM)进行表征,将不同的条件下生长的碳纳米管进行对比。结果表明,在适当的工艺条件下,可以生长出方向性好,纯度高的碳纳米管。     

催化剂结构与形态对碳纳米管生长的影响

采用溶胶-凝胶超临界流体干燥技术制备了含铁、钴的纳米SiO2复合气凝胶催化剂,用于碳纳米管和纳米碳包覆磁性纳米粒子的合成。利用N2物理吸附、XRD、TEM、HRTEM、EDS、SAED等手段对催化剂在不同温度下处理后晶型的转变、形态的变化进行了分析,并考察了催化剂对碳纳米管形貌、结构和碳增重率的变化。结果表明:随着处理温度从600℃升高到1000℃,催化剂比表面积从312.4m2 g降低到79.6m2 g,催化剂粒子从非晶态向晶态转变,粒径从5nm增大至60nm左右,碳的增重率从254.8%下降41.5%。采用低温处理的催化剂,碳产物中以碳纳米管为主,而采用较高温度处理后的催化剂,碳产物中则以碳包覆粒子为主,且随处理温度的升高碳包覆粒子的含量逐渐增加。     

氢气流量对碳纳米管生长的影响

采用等离子体增强化学气相沉积技术,以C2H2、H2和N2为反应气体,制备出碳纳米管薄膜。利用扫描电镜和拉曼光谱仪对其进行表征。结果表明:氢气流量对碳纳米管薄膜的生长起着重要作用,获得分布均匀、密度适中、杂质缺陷少的碳纳米管的最佳氢气流量为30 sccm。     

Ni催化剂在N2O／N2／NH3中退火对碳纳米管表面结构及场发射特性的影响

研究在N2O/N2/NH3氛围中对Ni催化剂进行退火处理,旨在探讨退火处理对所生成碳纳米管的表面结构及其发射特性的影响.从表面结构及表面元素分析结果发现:Ni催化剂在N2O/N2/NH3氛围中退火处理之后,Ni催化剂的颗粒大小及催化剂的化学成分发生改变,进而影响所合成的碳纳米管的表面结构及场发射特性.扫描电镜显示:经过N2O退火前处理后,催化金属薄膜在成核时较易形成均匀性的金属颗粒,且金属颗粒较小.比较经N2O/N2/NH3氛围退火处理之后所合成的碳纳米管结果,经过N2O前处理可以有效抑制非品质碳的成长,使所成长出的碳纳米管数量最多、场发射电流最大.原因主要是因为N2O对催化剂镍膜金属前处理过程中分解出的氮原子及氧原子会活化及氧化催化剂Ni金属,并使所形成的Ni金属颗粒较小且更为均匀,造成表面型态上的显著改变,有助于使合成的碳纳米管场发射电流变大.     

碳纳米管非金属掺杂对结构和性能影响的研究

通过讨论氮、硼、硅、氟等非金属原子掺杂的碳纳米管,对场电子发射特性的影响。介绍了掺杂在场电子发射、能源电池、气体传感器等领域的研究和应用。掺杂可以增加碳纳米管的缺陷,改变其电子结构。掺杂可使碳纳米管转变为n型半导体或是金属性导体,将提高场发射性能。同时,掺杂亦可使碳纳米管向P型半导体转变,这将不利于场发射性能改善。当场发射性能随着掺杂浓度升高而提高时,存在最佳掺杂浓度值,一旦超出,则场发射性能逐渐下降。因此,研究碳纳米管非金属掺杂具有重要的应用价值。     

超临界水处理对碳纳米管结构的影响研究

为了提高多壁碳纳米管(MWNTs)的吸附性能,采用超临界水(SCW)技术改性MWNTs,研究了在超临界水中不同处理温度和处理时间对MWNTs结构和形貌的影响.分别利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段分析了改性前后MWNTs结构和形貌的变化.结果表明:超临界水对MWNTs有较弱的氧化能力和较强的物理刻蚀作用,处理时间对MWNTs的影响高于温度的影响.     

真空度对碳纳米管生长过程的影响

利用等离子体增强热丝化学气相沉积系统在沉积有过渡层Ta和催化剂层NiFe的Si衬底上制备出准直碳纳米管，并用扫描电子显微镜研究了它们的生长和结构，结果表明真空度对其生长和结构有较大的影响。当真空度为4000Pa和2000Pa时，准直碳纳米管较容易生长，并且真空度为2000Pa时生长的碳纳米管平均长度大于真空度为4000Pa时碳纳米管的平均长度。但真空度为667Pa时碳纳米管生长困难。根据热力学和辉光放电理论，分析了真空度对准直碳纳米管生长和结构的影响。     

催化剂晶体结构对碳纳米管生长影响的微观解释

通过对催化剂晶体结构的分析，讨论了温度对催化剂金属晶格结构的影响，温度对催化剂中碳的溶解度与扩散速度的影响；催化剂金属中其他元素的加入对碳活度的影响，以及析出能量、晶体界面等对碳纳米管生长的影响。温度在1000℃左右时，催化剂金属铁具有面心立方结构，碳管产量比在其它温度下高；催化剂金属中加入其他可提高碳原子活度的元素，可促使碳从催化剂金属中析出，有助于提高碳管的产量。     

催化剂加载对连续碳纤维表面生长碳纳米管的影响

通过化学气相沉积(CVD)在碳纤维表面还原得到均匀细小的催化剂颗粒并在碳纤维表面催化生长了均匀、规整的碳纳米管(CNTs)。系统研究了催化剂种类以及浓度对碳纳米管产量和微观组织结构的影响,探究了碳纤维的浸润性能和单丝强度的变化。结果表明,Ni的催化活性最高,Co的催化活性适中,产生的CNTs较为均匀、规整,当催化剂浓度为0.02mol/L时,碳纤维表面生长CNTs多尺度增强体的拉伸强度最大。碳纤维表面生长CNTs,促使碳纤维的表面粗糙度增加,与树脂之间的结合变强,从而提高了碳纤维与环氧树脂之间的浸润性。     

分枝碳纳米管的制备及生长机理

分枝碳纳米管在微纳电子器件等领域具有十分广阔的应用前景。介绍了分枝碳纳米管的各种制备方法,探讨了分枝碳纳米管的不同生长机理,重点分析了影响分枝碳纳米管的形成及分叉的因素,对分枝碳纳米管的制备具有重要的指导意义。     

特定手性单壁碳纳米管的可控生长

单壁碳纳米管具有优异的电学、光学、热学、力学等性能,可能成为未来纳米器件的支撑材料之一。实现碳纳米管的结构可控生长制备依然面临着严峻的挑战。其中手性控制是单壁碳纳米管可控制备的最大挑战,它的实现标志着直径、壁数、手性角及导电属性等的可控制备。以特定手性单壁碳纳米管的可控生长为中心,分别综述了利用化学气相沉积法在粉体生长与表面生长两方面实现手性可控生长的研究进展,并在此基础上总结出基本思路,为实现单一手性碳纳米管的可控制备奠定基础。     

碳纳米管和镓掺杂碳纳米管场发射性能研究

采用催化热解方法分别 制备出碳纳米管和镓掺杂碳纳米管, 并利用丝网印刷工艺将其制备成纳米管薄膜. 对此薄膜进行低场致电子发射测试表明, 碳纳米管和镓掺杂纳米管开启电场分别为2.22和1.0V/μm, 当外加电场为2.4V/μm, 碳纳米管发射电流密度为400μA/cm², 镓掺杂纳米管发射电流密度为4000μA/cm². 可见镓掺杂碳纳米管的场发射性能优于同样条件下未掺杂时的碳纳米管. 对镓掺杂纳米管场发射机理进行了探讨.     

石英基底上定向单壁碳纳米管阵列可控生长

以铜为催化剂,甲烷为碳源,采用化学气相沉积法在石英单晶基底上生长定向单壁碳纳米管阵列,分别用扫描电子显微镜、原子力显微镜对其结构进行表征,研究了使用聚合物聚乙烯丙烯酸甲脂（PMMA）分散催化剂对碳纳米管密度和定向性的影响,利用PMMA分散催化剂能提高催化剂的活性,增加定向碳纳米管的密度,使催化剂形成规则的条状,能进一步提高其密度和定向性。采用微加工工艺做成器件,并利用半导体参数测试仪对器件进行了电学测试。     

氮掺杂碳纳米管的无金属催化剂合成和表征

采用爆炸辅助化学气相沉积法, 以碳纳米管(CNTs)作催化剂, 三聚氰胺作碳源和氮源, 无金属催化剂合成出氮掺杂碳纳米管(CN_x). 通过TEM、EDS、Mapping、XPS、Raman和TG测试手段对CN_x进行了表征. 结果表明, CNx具有竹节状结构, 其掺氮量高达17at%, 且氮元素分布均匀. 氮元素以石墨型和吡啶型掺杂在石墨层中, 由于大量氮元素掺杂造成纳米管石墨化程度降低, 抗氧化能力减弱.     

催化剂在碳纳米管制备中的影响

催化裂解法操作简单,便于控制参数,有望成为碳纳米管连续生产的最佳方法.在催化裂解法中最重要的是催化剂,主要从催化剂的选取、制备、颗粒大小、失活等方面对碳纳米管生长速度、管径、密度、产物含量的影响进行浅析.     

石墨化对碳纳米管结构与电学性能的影响

在氮气气氛及2700℃温度下,对富含结构缺陷的具有Turbostratic形貌特征的碳纳米管原料进行高温石墨化处理,利用高分辨透射电子显微镜以及自主开发的基于透射电镜的原位性能表征系统对石墨化前后的碳管结构和导电性能进行了研究. 实验结果表明：经过高温石墨化处理后,碳管结构转变为类似于竹节状或管状的锥面结构,锥角为10°~30°,管径为10~40nm. 从锥角数据推算出锥面形成时的旋转位移角中均包含了一个附加的重叠角,说明石墨化后的碳管主要以螺旋的锥面结构为主,且弯曲的螺旋锥面靠∑7、∑13和∑19等重位点阵来稳定. 导电性能测量的结果表明具有螺旋锥面结构的纳米碳管呈半导体特性.     

薄壁碳纳米管的制取

采用催化裂解法,以二氯苯为碳源,二茂铁为催化剂,制取了薄壁碳纳米管.引入多壁碳纳米管的薄壁指数?来表征多壁碳纳米管的薄壁程度.研究了氢气流量、反应温度和催化剂浓度对薄壁碳纳米管制取的影响.确定了制取薄壁碳纳米管的优化参数:反应温度为850℃,催化剂浓度为0.06g/ml,氩气流量为500ml/min,氢气流量为200ml/min,反应溶液进给量为0.012ml/min.制备出薄壁指数达5.6的大中空薄壁碳纳米管.