直接在金属基片上生长超长宏观定向碳纳米管

在水辅助氧化作用下，直接在金属镍片上生长出宏观上定向生长的螺旋状碳纳米管，其长度达到7mm，直径在100-200nm，测试其场发射特性，开启场强为1．6V／μm，最大发射电流密度可达6mA／cm^2。     

超长碳纳米管阵列的制备与应用

超长碳纳米管阵列通常定义为长度超过1mm的碳管阵列,在新型结构、电子等功能复合材料研发方面具有潜在优势。近期在超长碳纳米管制备和生长机理方面汇集了大量的研究工作,研究表明催化剂的活性和寿命是影响超长碳纳米管阵列生长的决定因素。从催化剂结构、生长条件控制、碳源的选择以及其他因素等方面综述了其对催化剂活性和寿命的影响,以及对超长碳纳米管阵列生长的影响,展望了超长阵列的潜在应用前景。     

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。     

环己烷浮游催化法制备超长碳纳米管阵列

采用非芳香烃类环己烷作为碳源,通过浮游法实现了超长垂直碳纳米管(Carbon nanotube,CNT)阵列的生长。研究表明:浮游催化过程中反应温度、催化剂前体补给速度、进料速度、生长气氛等因素对CNT阵列的生长影响显著。在直径为25mm的石英反应器中,反应温度、催化剂前体二茂铁的补给速度、碳源环己烷的补给速度、反应气氛分别控制在820℃、0.24mg/min、0.12mL/min、640mL/min(H2/Ar=1∶15)的生长窗口内,实现了CNT阵列的快速协同生长。在单因素考察的基础上,通过对宏观参数的调变,可以制备出长度达5.0mm的CNT阵列。所获得的CNT取向一致,长径比大于105,纯度达到96.7%。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

H2O2原位净化定向碳纳米管阵列的研究

采用无模板的化学气相沉积法(CVD)，在石英衬底上制备了大面积、高定向性、自支撑的定向碳纳米管阵列。对此阵列采用原位H2O2氧化，可以有效地达到净化定向碳纳米管阵列的目的。扫描电镜(SEM)检测表明净化碳纳米管的过程并不会破坏其定向性。此种方法可以获得不同厚度的、多数碳管端帽打开、非晶碳、缺陷碳管和杂质较少的定向碳纳米管阵列，此种阵列在场发射等方面具有应用价值。Raman光谱和热失重分析(TGA)表明经过净化的碳纳米管的晶化程度和热稳定性都有所提高。     

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。     

Effect of patterned and aligned carbon nanotubes on field emission properties

The field emission (FE) properties of carbon nanotubes (CNTs) films with different morphologies were simulated and examined. Based on the FE mechanism of aligned CNTs’ emitter the theoretical analysis exhibited the following relations: the FE enhancement factor with the distance between the emitters, the electric field with work function, and the work function with FE enhancement factor. Using the structure-induced CNTs growing method and theoretical results the direction of aligned CNTs could be controlled and the special morphology with different aligned CNTs’ film could be fabricated. Comparing to the experimental results (the medium density and patterned CNTs’ emitters) with the theoretically calculating results the I-V curves had the same trend with only 0.05 mA deviation. Based on the better experimental methods and means the accurate of formula could be further improved by modified the FE properties (Φ, β).     

An intermetallic Fe-Zr catalyst used for growing long carbon nanotube arrays

Metallic nanoparticles containing single and binary components have been known for their catalytic properties to grow carbon nanotube (CNT) arrays. In this paper, an intermetallic catalyst consisting of iron and zirconium was used to grow millimeter long, well aligned arrays. The Fe-Zr catalysts enabled the growth of 1.7 mm-long carbon nanotube arrays in 45 min. A comparison with pure iron catalyst indicated that adding Zr to iron can stabilize the Fe catalyst at the CNT growth temperature and moderate its reactivity. SEM images showed the different growth behaviors for Fe-Zr and Fe catalysts. The long, uniform CNT arrays grown here have potential applications in many advanced composites.     

Aligned carbon nanotube sheets for the electrodes of organic solar cells

Aligned carbon nanotube sheets are developed as a new family of electrodes to fabricate dye-sensitized solar cells. The energy conversion efficiency of the resulting cell is higher than the randomly dispersed carbon nanotube film and comparable with the platinum. Novel and flexible solar cells can be easily made from such carbon nanotube sheets with high potentials.     

化学气相沉积法制备定向碳纳米管及其生长机理的研究

以环己烷为碳源,二茂铁作催化剂,采用浮动催化化学气相沉积法制备了定向碳纳米管,并用SEM、TEM及Raman光谱对样品进行了鉴定和表征.并从不同的角度,提出了定向碳纳米管遵循底部生长的机理.