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。     

碳纳米管阵列/热解炭复合材料的制备和表征（英文）

以甲烷为碳源,通过化学气相沉积和化学蒸汽渗透两步法将热解炭填充至碳纳米管阵列间的空隙而制备出碳纳米管阵列/热解炭复合材料。采用扫描电镜和拉曼光谱仪对样品的结构进行表征。结果表明,碳纳米管被热解炭填充和覆盖形成均相的复合膜,其密度增加4倍,同时热解炭已石墨化。     

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。     

碳纳米管纱的时间依赖电性能（英文）

碳纳米管(CNTs)在电力转换领域具有潜在前景。本文表征碳纳米管纱随时间变化对电力的转换性能影响。通过建立I-V关系,结果表明存在3个区域,即线性、非线性和下降区域。线性区域表明呈现低且恒定电阻。当恒定电压处于I-V线性区域时,输出电流强度不随时间而改变。然而,当恒定电压处于非线性区域时,电流强度以指数级下降后随时间而趋平。在恒电流测试下,电压仅在电流强度处于非线性区时增加。依赖时间的导电性能可通过短路来理解。短路发生在非线性区域的碳纳米管纱中炽热部位,会导致热性能降低。通过热图像、热重分析、扫描电镜和能谱分析等手段对碳纳米管纱进行分析。     

喷雾热解法在硅衬底上生长定向碳纳米管阵列(英文)

以向日葵油的甲基酯为碳源,二茂铁为催化剂前驱体,Ar为载气,通过喷雾热解法在硅衬底上合成定向碳纳米管阵列。结果表明,在硅衬底上原位形成Fe催化剂纳米颗粒。由拉曼光谱、透射电镜图和X-射线衍射谱图显示所制定向碳纳米管阵列具有较好的石墨化程度,其直径为1 0～3 0 nm,管壁约为1 0 nm。所制定向碳纳米管阵列中残留的催化剂含量可以忽略。     

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%。     

垂直排列碳纳米管阵列和炭/炭复合材料的制备、导热性能及其在热管理中的应用进展（英文）

现代科技的发展对热管理材料提出了更高、更迫切的需求。由于具有优异的导热性、低热膨胀系数和耐高温性,定向排列碳纳米管和炭/炭复合材料作为理想的轻质、稳定的热管理材料引起了广泛的关注。本文首先介绍了炭材料的导热机制,系统评述了垂直排列碳纳米管阵列和炭/炭复合材料的制备方法,热导率的主要影响因素以及它们在热管理中的应用。总结了材料制备-结构-性能之间的关系,并给出了提高材料导热性能的策略。最后提出了垂直排列碳纳米管阵列和炭/炭复合材料在热管理应用中面临的挑战及今后的研究方向。     

碳纳米管:可控制备决定未来（英文）

在过去几十年中,碳纳米管由于其优异的物理和化学性质而备受关注,被认为是一个强有力的未来明星材料.尽管基于碳纳米管的诸多产品及应用实例相继浮现,但是碳纳米管所呈现出的实际性质与理论值之间依然存在较大差异,无法达到研究者的预期,这源自于目前尚未成熟的控制制备技术.碳纳米管的可控制备技术包括结构的精细控制方法和样品的宏量制备技术,这在很大程度上决定了碳纳米管的未来发展前景.基于此,本文概述了近几十年来研究者们在碳纳米管的精细结构控制、聚合状态设计和样品宏量制备等方面的主要进展,进一步指出了碳纳米管未来的可控制备技术必须与特定化的应用紧密结合,以迎接即将来临的产业化时代.     

锥形流化床内垂直阵列碳纳米管的流态化特性分析

该文采用无分布板式锥形流化床(TFB)来改善碳纳米管(CNT)生长过程中分布板处出现的死区、堵塞、断裂等问题。实验在不同的表观气速、静态床高和压力探针的位置等操作条件下进行。为了从多角度、多尺度了解无分布板式TFB中气体-CNT颗粒流动的流态化动力学,该文采用了标准差、偏度、峰度、小波分解和均匀指数分析方法。结果表明,CNT颗粒的压力波动幅度对气流速度、探针的轴向位置和静态床层高度都很敏感,其在气固系统中产生的压力波动信号几乎是不均匀分布的。介尺度(气泡)结构主导气体-CNT颗粒的流动。     

影响单壁碳纳米管氢气传感器的因素（英文）

单壁碳纳米管用于制造氢气传感器已有几十年的历史。由于单壁碳纳米管与氢气的相互作用很小,因此需采用了多种改性来辅助,改性物包括金属、金属氧化物与聚合物等。一些研究指出,当与碳纳米管上的官能团结合时,改性物可以使响应提高几个数量级。在目前的研究中,已开发了许多新的结构。此外,单壁碳纳米管的直径和手性等结构也会影响氢气探测器的性能。本文对单壁碳纳米管的改性进行了分类,并对其影响因素进行了讨论,旨在为制造高响应度和低检测限的探测器提供支撑。     

多壁碳纳米管制备有机光伏电池（英文）

以芝麻油为原料,采用化学气相沉积法合成出多壁碳纳米管(MWCNTs),经功能化改性、切短后用作有机光伏太阳能电池的添加剂。该有机光伏电池以聚3-辛基噻吩为光敏分子,PCBM为激子离化剂。结果表明,添加MWCNTs与功能化且切短的fc-MWCNTs,有机光伏电池的功率转换效率能分别提高22%和40%。由于较高的空穴迁移率,激子离化后,P3OT产生空穴的收集和运输得到提高。功能化和切短的fc-MWCNTs增加了其在P3OT,PCBM中的分散性,进而提高功率转换效率。     

多壁碳纳米管湿度传感器介电损耗模型（英文）

为揭示碳纳米管湿度传感器的介电损耗,制作了一种电阻型碳纳米管湿度传感器.使用介电损耗相关理论对其频率特性进行分析,并利用普适方程建立了传感器介电损耗模型.对实验数据与所建立模型进行拟合,得到拟合决定系数为0.994,表明可以使用普适方程对传感器介电损耗进行描述.由于测试频率引起的传感器电阻变化会改变传感器线性度,分析了不同测试频率下传感器的线性度,发现当测试频率为10 kHz时传感器的线性度最佳（1.52%）,此时传感器灵敏度为-7.83Ω/%RH.     

利用UV曝光技术研制单根定向碳纳米管阵列冷阴极

通过普通的紫外(UV)光刻工艺,结合"变倾角缩口"新技术,研制了不同发射单元尺寸的碳纳米管(CNTs)阵列阴极。扫瞄电镜分析表明,随着缩口尺寸的依次减小(从0.6μm到0.4μm,最后到0.2μm),发射单元内CNTs的根数也不断减少。当孔径缩至0.2μm时,发射单元仅由1根~3根CNTs组成,并且大部分单元顶端均有单根CNT伸出,使得整个发射体近似于单根CNT。场发射特性测试结果表明,0.2μm发射单元尺寸的阵列阴极,开启电场约2V.μm-1;当场强为20V.μm-1时,该阵列的电流密度达到0.35A.cm-2,比1μm尺寸的阵列阴极提高了近4倍,比连续生长的薄膜CNTs阴极则高1~2个数量级。     

金属基底上定向碳纳米管阵列的生长及其场发射性质

在金属基底上,以铁为催化剂,硅做过镀层,乙烯为源气体,通过普通的化学气相沉积方法生长出垂直基底排列的碳纳米管(CNT)阵列.扫描电子显微镜和透射电镜观察表明,生长的CNT具有阵列形貌和多缺陷的结构.对CNT阵列的场发射性质进行了测量,在10 μA/cm2时不锈钢和镍基底上的开启电场分别为1.25 V/μm 和1.57 V/μm.     

在软基底上重组装定向垂直排列的碳纳米管

描述了一种把阵列式排列的碳纳米管膜完整地从沉积基底上逐层分离组装到软的新基底上的技术。用扫描电镜研究了被分离的碳纳米管膜的形貌、粘结层的特点,对被分离的膜的表面导电性能,膜与新基底体系的体积导电性能分别做了测试。电镜形貌分析表明构成碳纳米管膜的碳纳米管在被分离后可以保持原来的形貌,也可以呈弯曲状,这取决于作用在碳纳米管膜上的压力。电阻测试表明膜的表面电忸为10欧姆,而膜与基底体系的体积电阻在有粘结层条件下小于0．1欧姆。     

超声方法合成硒纳米线（英文）

用超声的方法合成了硒纳米线.场发射扫描电镜（FESEM）结果表明产物的形貌比较均一.产物的结构通过透射电镜（TEM）和X-射线衍射仪（XRD）进行了进一步表征.TEM和XRD光谱的结果证明了所得硒纳米线为单晶结构且沿着[001]方向生长.所得硒纳米线在671nm处有一紫外光谱吸收峰,通过对光谱的计算,硒纳米线的能带为1.66eV.基于一系列的生长过程,提出了硒纳米线的生长机理：硒粉溶解溶液中产生自由硒原子;当硒原子浓度过高时,硒原子结晶形成t型硒种子;由于各向异性晶体结构,连续提供的硒原子进入结晶种子形成线性纳米结构.此外,溶解和再结晶使α型硒转化为更稳定的t型硒.超声波可以提供适当的能量来调整这动态的平衡溶解和再结晶,进一步加快这一转变.     

碳纳米管纱作为填料应用于硝基芳烃污水处理（英文）

碳纳米管纱(CNTY)因具有优异的力学强度、化学稳定性、热稳定性和高比表面积而成为去除废水中有机污染物的潜在材料。本文将CNTY用于含2,4-二硝基甲苯(DNT)的污水处理。CNTY对DNT的吸附能力与文献报道值作对比研究,同时探讨吸附动力学。采用SEM-EDX、HRTEM、Raman与XPS表征CNTY吸附DNT前后的尺寸、表面形貌及表面化学。结果表明,经CNTY对DNT污水处理后的水质达到实验室无离子水级纯度。CNTY对DNT吸附符合Freundlich吸附等温线,Freundlich参数由K/nF为55.0 mg/g(L/mg)1,指数1/n为0.737得到,表明其比活性炭吸附性弱,但更易再生。CNTY比活性炭的吸附性速率更快,遵循拟二级动力学模型。CNTY吸附DNT引起D、G常偏移,归因于CNTs与DNT间电子受体和供体效应。     

以乙二胺为促进剂在碳纤维表面生长定向碳纳米管阵列

采用注射化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD),以乙二胺(Ethylenediamine,EDA)为促进剂,在未涂覆无机陶瓷涂层的碳纤维表面直接生长了定向碳纳米管(Carbon nanotubers,CNTs)阵列。研究表明:碳纤维表面的定向CNTs沿纤维轴向呈对称分布,生长密度约为5×109 tubes/cm2,长度可达18μm。定向CNTs具有多壁、竹节状结构,平均直径约为37nm。EDA对CNTs的生长形貌影响显著,是CNTs在碳纤维表面定向生长的关键。     

化学气相沉积法低温合成螺旋碳纳米管

以水溶性氯化钠负载Fe做催化剂,直接通过化学气相沉积法在没有掺杂任何含硫气体噻吩的条件下催化裂解乙炔在450℃下进行反应制备纳米碳材料。产物通过扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜进行了表征。结果表明:在该条件下制备了选择性较高的螺旋碳纳米管,其直径在25~200nm之间,绝大部分碳纳米管都有着非常规整的螺旋性并且其螺距很短。所制备螺旋碳纳米管晶格没有好的连续性,中间有断痕出现,并且排列也很不规则,为一种有缺陷的石墨结构。     

聚乙烯醇修饰的碳纳米管在缓冲溶液中的溶解过程（英文）

采用水溶性的聚乙烯醇修饰多壁碳纳米管表面,研究了聚乙烯醇修饰的碳纳米管在水浴摇床Tris-HCl缓冲溶液中的溶解过程。通过红外光谱,差示扫描量热仪,透射电镜及X光衍射的方法对聚乙烯醇修饰的碳纳米管在溶解过程中的显微结构变化进行了研究。结果表明:浸泡21d后,聚乙烯醇修饰的碳纳米管部分溶解于缓冲溶液,形成无定形碳碎片;但大部分碳纳米管没有溶解,仍然保持管状结构。揭示出聚乙烯醇修饰的碳纳米管的溶解过程为:碳—碳键在浸泡过程中发生断裂,碳纳米管的部分溶解产生了无定形碳碎片与残留纳米管层片,残留纳米管层片进一步溶解最终成为无定形碳。提出与讨论了聚乙烯醇修饰的碳纳米管在Tris-HCl缓冲溶液中可能的溶解机理是:修饰后的碳纳米管表面具有很多缺陷和断裂的碳键,在缓冲溶液中聚乙烯醇的溶解导致嫁接位置的碳管壁的碳原子的释放,最终导致其管状结构的破坏。