载气种类对单壁碳纳米管管径的影响研究

单壁碳纳米管的管径对其性能、特别是储氢性能有极其重要的影响,但至今未见制备过程中系统控制单壁碳纳米管管径的报道.本文分别以氦气、氮气和氩气为载气,采用催化裂解法制备了不同直径范围的单壁碳纳米管.HRTEM和Raman光谱分析表明,以氦气、氩气为载气制得的碳管直径分布范围相对较窄,平均直径分别约为1.6和5.0nm.以氮气为载气时碳管直径分布相对较宽,约为2.0～4.5nm.氮气与碳反应生成氮化碳可能是导致单壁碳纳米管直径分布相对较宽的主要原因.分别以氦气、氮气和氩气为载气制得的单壁碳纳米管,在273K,15MPa时质量储氢分数依次为4.21%、6.30%和8.05%.     

气体种类对CVD法制备碳纳米管的影响研究

以甲烷(CH4)和丙烷(C3H6)为碳源气,以纳米级NiO/SiO2气凝胶为催化剂,采用化学气相沉积法(CVD),在合适的工艺条件下,制备出碳纳米管.通过XRD、TEM、BET吸附等手段对制得的碳纳米管进行了表征,考察气体种类对碳纳米管的影响.结果表明:采用两种碳源气制备的碳纳米管,其形貌和结构均有所不同.由CH4制备的碳纳米管长径比大,管壁光滑,形貌规整;而由C3H6制备的碳纳米管,产物中有少量无定形物,且管壁不光滑,有折点出现.     

种晶类型对微波等离子体CVD法合成单晶体金刚石生长质量的影响

采用辽宁瓦房店及山东蒙阴产天然金刚石、俄罗斯高温高压(HPHT)金刚石以及美国Element Six公司CVD金刚石作为种晶,进行红外光谱、激光拉曼光谱、光致发光光谱、XRD摇摆曲线以及原子力显微形貌测试,并选取三类样品各一颗,在相同条件下进行生长实验。测试结果表明,天然金刚石种晶均为Ia AB型,定向性好,其内应力及结晶质量差异较大;而HPHT以及CVD金刚石种晶分别为Ib型和IIa型,其生长面与(100)晶向均存在1~2.5度偏差,但晶体结构较天然金刚石好,且内应力及结晶质量差异较小,更加适合作为MPCVD法合成金刚石单晶的种晶。对生长后样品进行了高分辨率激光拉曼光谱测试,并使用光学显微镜及原子力显微镜对样品表面形貌进行了观察。结果表明,在碳氢氮生长体系中,辽宁瓦房店或山东蒙阴产Ia AB型天然金刚石种晶由于晶格匹配性较差,容易沉积多晶金刚石,且伴随有微晶石墨和非晶质碳成分;而使用俄罗斯产Ib型HPHT种晶以及美国Element Six产IIa型CVD种晶均能得到优质的CVD金刚石生长层;与HPHT种晶相比,使用CVD种晶得到金刚石生长层的拉曼位移半高宽更窄,非金刚石碳杂质含量更低,结晶质量更好。     

CVD直接生长技术高效碳纳米管镍氢电池的研究

采用热化学气相沉积技术(CVD),在泡沫镍表面直接生长多壁碳纳米管(MWNT),以此MWNT-泡沫镍基底为电池集流体,并使用该基底、通过干粉末滚压工艺制备镍氢电池电极,对电池进行了一系列的充放电性能测试。实验结果显示,碳纳米管可以从泡沫镍内部直接长出,经过电极制备后,能够穿插到电极活性物质中间,增加活性物质与基底间结合力。这种电极结构可以有效抑制电池在充放电过程中活性物质的脱落、提高电子传输效率,使电池最大放电比容量提高约17.3%。经过200次循环后,电池容量仅仅下降24.4%。     

电场力诱导阵列碳纳米管的生长及其模拟计算

在火焰区周围施加电磁场可稳定重复地制备出大面积形态良好的直立碳纳米管。利用有限元的方法建模,系统计算碳纳米管在生长过程中感到的电场力及其与阵列碳纳米管的高度、间距和直径的关系,从理论上解释破纳米管在电场力作用下的阵列生长过程和生长机制。     

温度对CVD法制备多壁碳纳米管的影响

以Fe／SiO2粉状物作催化剂用化学沉积法裂解乙炔制备出无序多壁碳纳米管,用TEM、XRD和DSC-TGA分析了反应温度对碳纳米管的影响。实验结果表明,反应温度分别为600、700和800℃时,制备出碳纳米管的直径相应为12～20、15～25和33～66nm,即碳纳米管的直径随着反应温度的升高而增大。同时随着反应温度的提高碳纳米管的石墨化程度也有明显的提高。因此碳纳米管的直径、石墨化程度等结构特性可以用反应温度来加以控制。     

原子层沉积工艺制备催化薄膜厚度对生长碳纳米管阵列的影响

通过原子层沉积(ALD)工艺在硅基底依次沉积氧化铝缓冲层薄膜和氧化铁催化薄膜, 然后利用管式炉进行水辅助化学气相沉积(WACVD)生长垂直碳纳米管阵列(VACNTs)。结果表明: ALD工艺制备的氧化铁薄膜经还原气氛热处理可形成碳纳米管阵列生长所需的纳米催化颗粒; 氧化铁薄膜厚度与纳米催化颗粒大小以及生长出的碳纳米管阵列的结构密切相关。当氧化铁薄膜厚度为1.2 nm时, 生长出的碳纳米管阵列管外径约为10 nm, 管壁层数约为5层, 阵列高度约为400 μm。增大氧化铁薄膜的厚度, 生长出的碳纳米管阵列外径和管壁数增加, 阵列高度降低。实验还在硅基底侧面观察到了VACNTs, 表明ALD工艺可在三维结构上制备催化薄膜用于生长VACNTs。     

生长温度对CVD金刚石薄膜的影响

系统研究了ＣＶＤ金刚石薄膜成膜过程中生长温度对薄膜质量、生长率和力学性能的影响。研究结果表明：在典型沉积条件下，生长温度愈高、薄膜的晶体质量愈好；但薄膜的应力状况和附着性能变坏；在８００℃时，金刚石薄膜的生长速率最大。讨论了ＣＶＤ金刚石薄膜作为机械工具涂层的最佳生长温度。     

衬底对CVD生长石墨烯的影响研究

石墨烯有独特的结构和优异的性能,在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域都有着广阔的应用前景。为了更好的应用这种新型材料,如何大规模可控合成高质量石墨烯是一个必须克服的困难。相比与机械剥离法、化学氧化还原法和碳化硅表面外延生长法,化学气相沉积法（CVD）因其可以生长大面积高质量连续石墨烯膜而倍受关注。基于石墨烯的生长机理,从衬底材料的角度,综述了近几年衬底对CVD生长石墨烯的影响的研究进展。展望了衬底选择的发展新趋势。     

沉积条件对CVD碳纤维生长的影响

用CH4、H2或包含NH3的混合气体为反应气体,利用负偏压增强热丝化学气相沉积方法在沉积有过渡层(Ta或Ti)和催化剂层(NiFe)的Si衬底上制备碳纤维,并用扫描电子显微镜研究了它们的生长和结构,结果发现不同的沉积条件对碳纤维的生长和结构有很大的影响。在无辉光放电的条件下,衬底温度较低时碳纳米管或纤维生长困难;提高衬底温度,能够弯曲生长;在辉光放电的条件下,则呈现定向生长的特点。     

阵列式碳纳米管对聚苯胺导电性能影响

用原位聚合法制备了聚苯胺／碳纳米管复合材料,研究了碳纳米管加入时间、搅拌速度等工艺因素对复合材料导电性能的影响。用四极电子电位差计和HT600透射电子显微镜对该复合材料的导电性能和微观形态作了检测。试验结果表明：在原位复合条件下,聚苯胺可以完全包覆在碳纳米管上,而且碳纳米管在聚苯胺基体中呈网状分布,使复合材料的导电性能得到改善。     

磷对CVD法制备碳纳米管纯度及形貌的影响

研究了磷元素对CVD法制备碳纳米管的影响．实验发现,适量地添加磷元素可以起到改善纳米铁颗粒催化作用的效果,提高碳纳米管的纯度．TEM检测发现,磷元素的添加对碳纳米管的形貌有很大的影响,含磷纳米铁颗粒可以催生出链节状碳纳米管、铁纳米线填充的碳纳米管和竹节状碳纳米管,并提高了管壁石墨晶化程度．     

碳纳米管阵列密度对其场发射性能的影响

本具体研究了外电场，碳纳米管自身线度，尤其管的阵列密度对其场发射性能的影响，在均匀碳纳米管阵列模型下，从理论上给出碳纳米管阵列的尖端电场，电场增强因子以及最佳阵列密度的解析表示式，理论结果表明，电场增强因子的数量级为10^2－10^4，并且碳纳米管阵列的电场增强因子与其管密度之间有着敏感的依赖关系，即当密度取某一特殊值（又被称作最佳密度值）时，电场增强因子会明显增大，相对最佳密度而言，过高或过低的管密度都将削弱碳纳米管的尖端电场，进而晚管阵列的场发射性能。     

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。     

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。     

自组生长碳纳米管的合成及其稳定性

本文介绍了自组生长硅纳米管的制备，并采用5wt％的HF酸对其稳定性进行了研究。HF酸可去除自组生跃硅纳米管的氧化物外层，只剩下晶体硅纳米管。这说明制备的砗纳米管是一种稳定结构，因而对其应用研究开发成为可能。研究表明，硅纳米管的稳定性与其形成生长过程密切相关。自组生长硅纳米管在纳米器件及场发射甚示屏等方面具有广泛的应用前景。     

微波等离子法在硅上生长碳纳米管

美国珀杜大学报道,在计算机芯片上生长碳纳米管可在芯片与热沉连接部位加速散热。微波等离子法可产生纳米管界面,使热沉拥有起伏不平的表面,从而使导热性能比普通界面材料更佳。     

负衬底偏压对碳纳米管生长的影响

利用负衬底偏压增强热灯丝化学气相沉系统制备了碳纳米管，用扫描电子显微镜研究了碳纳米管的生长，结果表明碳纳米管的生长随着负衬底偏压的增大先增强，然后减弱，并且出现了部分准直的碳纳米管，分析和讨论了负衬底偏压对碳纳米管生长的影响。     

微波等离子CVD法在石英玻璃上生长金刚石薄膜

在真空条件下采用氢气刻蚀二氧化硅形成硅膜，用微波等离子化学气相沉积法在玻璃上生长金刚石薄膜，并用X射线衍射、Raman光谱和光电子能谱对石英玻璃上的金刚石薄膜进行分析，指出其形成中间层SiO2/Si/SiC/C（金刚石）是在石英玻璃上生长金刚石薄膜的关键。