碳纳米管电子学的研究与进展

简单回顾了碳纳米管的电学性质以及各种基于碳纳米管的电子器伯,最新发现的碳纳米管的双极型性质也作了简单报道，着重讨论了由碳纳米管构成的逻辑电路，阐明了碳纳米管电子学发展过程将遇到的困难和挑战，了碳纳米管电子学的未来和应用前景。     

基于碳纳米管场效应管构建的纳电子逻辑电路

展示了由碳纳米管场效应管构成的三种逻辑电路，分别为单个p型碳纳米管场效应管的开关电路、由集成在同一片硅片上的单个p型碳纳米管场效应管和单个n型掺氮碳纳米管场效应管构成的互补型反相器，以及两个独立的p型碳纳米管场效应管构成的或非门. 其中p型碳纳米管场效应管以单壁碳纳米管作为沟道，而n型碳纳米管场效应管则以掺氮的多壁碳纳米管作为沟道，器件的源漏电极均为铂电极. 关键词： 碳纳米管 场效应管 逻辑电路     

单壁碳纳米管在石墨基底上运动的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究单壁碳纳米管在石墨基底上的运动.首先碳纳米管在基底弛豫至平衡状态，然后对其施加一固定外力，撤去外力后，碳纳米管在基底上逐渐减速至停止.为了研究管径、手性角对运动方式的影响，本文选择了C(10,10)，C(10,9)，C(10,8)，C(10,5)，C(10,0)，C(8,8)六种单壁碳纳米管进行模拟.结果表明，碳纳米管在石墨基底上的运动方式由手性角决定，与管径无关.手性角等于30°时，碳纳米管与石墨基底之间为公度结构，碳纳米管的运动出现周期性的滑动和翻滚现象；手性角大于28.3°小于30°时，碳纳米管一边向前滑动一边滚动；手性角小于26.3°时，碳纳米管在基底上滑动.碳纳米管的手性角决定了它与石墨基底接触界面的微观构型，从而决定了碳纳米管的运动方式. 关键词： 分子动力学模拟 碳纳米管 动能 结构公度性     

碳纳米管的提纯、填充及用作场发射电子源

碳纳米管是９０年代发现的一种新型材料，具有潜在的应用价值．文章介绍了怎样提纯碳纳米管，如何在碳纳米管内填充材料，以及用碳纳米管作场发射电子源等研究工作的进展     

碳纳米管氧化成环制备研究

采用化学气相沉积方法制备的碳纳米管，用酸溶液进行弱氧化处理，经适当温度在大气中烧 灼后碳纳米管发生弯曲，在样品中出现大量的环状结构. 利用原子力显微镜、透射电子显微 镜和扫描电子显微镜对典型环直径为300 nm的碳纳米管环进行了表征. 烧灼温度和烧灼时间 对环的结构和产率有重要的影响. 实验数据统计结果表明，烧灼温度在510—530℃区间内 可得到超过40%的碳纳米管环产率，并且烧灼时间延长到120 min有利于提高碳纳米管环的产 率. 在加热情况下，碳纳米管端结合的羧基官能团脱水成酯，导致弯曲的碳纳米管结合成环 . 关键词： 碳纳米管环 化学气相沉积     

单壁碳纳米管轴向压缩变形的研究

采用Tersoff-Brenner势函数描述碳纳米管中碳原子间的相互作用，通过分子动力学方法对不同螺旋型的单壁碳纳米管的轴向压缩变形行为进行了研究.研究发现单臂碳纳米管的杨氏模量低于锯齿形碳纳米管，根据微观结构特征的差异对这一结果进行了分析.同时从能量和结构变化两方面对碳纳米管受压失稳进行了分析，揭示出碳纳米管失稳的微观特征. 关键词： 纳米管 分子动力学 杨氏模量 屈曲     

外加电场作用下碳纳米管结构稳定性及结构修饰研究

利用外加电场的方法，对多壁碳纳米管的结构稳定性进行了研究.结果表明当场强达到30 V/nm时，碳纳米管端部的结构失稳，端部碳原子间的π键被打开，外部原子开始进入到碳纳米管的结构中.利用电子显微镜作为纳米加工仪器，通过外加电场的方法在多壁碳纳米管的端部制备了非晶态碳纳米线，形成碳纳米管-纳米线复合结构.碳纳米管和纳米线结合处的σ键作为绝缘界面，形成了电子输运的势垒.     

碳纳米管的拉曼光谱及其温度效应

在室温下首次观察到碳纳米管的四级拉曼光谱，并且发现碳纳米管的Ｄ峰和Ｄ＊峰的斯托克斯线和反斯托克斯线频率不一致。此外，还发现碳纳米管的拉曼特征峰频率严重依赖样品的温度，随着温度增加，碳纳米管拉曼特征峰频率下移，频移与温度变化成线性关系。     

连续碳纳米管线及其应用

如何将碳纳米管组装成宏观尺度的结构对于碳纳米管的宏观应用来说具有重要意义．自从碳纳米管被发现以来，在合成大面积碳纳米管阵列方面已经取得很多的进展，并有望应用于场发射平板显示器．然而，在如何将碳纳米管顺排起来连成连续的长线方面则鲜有进展．这里介绍的是作者最近的新发现：当从一种作者称之为“超顺排”碳纳米管阵列中拔出一束碳纳米管时，碳纳米管以可自组织成一条连续的长线．在这个过程中，“超顺排”碳纳米管阵列起的作用如同一个蚕茧，阵列中的碳纳米管则由范德瓦耳斯力首尾相连形成连续的纯碳纳米管线．这种碳纳米管线平行排列起来构成的偏振片可以工作在紫外波段．这种碳纳米管线还可以用作白炽灯的灯丝，仅需很小的功率就可以发出白炽光．不仅如此，这种碳纳米管线经过高温处理后，强度和导电性都得到明显增强，这将使碳纳米管线在宏观领域内得到更多的应用．     

多壁碳纳米管膜湿敏特性的研究

研究了多壁碳纳米管(MWNTs)薄膜的湿敏特性，实验所用的多壁碳纳米管是用热灯丝化学气相沉积法(CVD)合成的.分别对未修饰和修饰的多壁碳纳米管膜温度和湿度特性进行研究后发现，修饰的多壁碳纳米管对温度和湿度非常敏感，且对湿度的响应时间和恢复时间短，重复性好.而未修饰的多壁碳纳米管对温度和湿度不太敏感.对修饰多壁碳纳米管的湿敏特性进行了理论分析，给出了其理论表示式. 关键词： 多壁碳纳米管 化学修饰 湿敏特性 物理吸附     

多壁碳纳米管对p型Ba0.3FeCo3Sb12化合物热电性能的影响

用两步固相反应法合成了P型Ba填充方钴矿化合物Ba0.3FeCo3Sb12，并采用放电等离子烧结法(SPS)制备了Ba0.3FeCo3Sb12／多壁碳纳米管复合材料．研究了Ba0.3FeCo3Sb12／多壁碳纳米管复合材料的结构及多壁碳纳米管对其热电性能的影响规律：SEM分析表明多壁碳纳米管比较均匀地分布在Ba0.3FeCo3Sb12基体中；随着碳纳米管添加量的增加，Ba0.3FeCo3Sb12／多壁碳纳米管复合材料的电导率下降、塞贝克系数略微下降、晶格热导率大幅度降低，当碳纳米管含量为5％时其晶格热导率最小；当碳纳米管的含量为3％时，本研究得到的Ba0.3FeCo3Sb12／碳纳米管复合材料的最大ZT值达0．78．     

碳纳米管的变温场发射

考察了温度变化对沉积在钨丝针尖上的碳纳米管场发射的影响，发现碳纳米管场发射电流随温度升高而增大，场发射电流的稳定性基本没有变化. 多根碳纳米管的场发射特性随温度变化出现偏离Fowler-Nordheim理论的现象，这种现象可能来自碳纳米管的不均匀性.     

开口悬挂端对单壁碳纳米管电子输运特性的影响

采用紧束缚模型研究了悬挂端对单壁碳纳米管电子输运特性的影响.结果表明：有限长悬挂端开口碳纳米管的电导在费米能级附近作周期性振荡.椅型(armchair)碳纳米管的振荡同时具有快、慢两个准周期，而锯齿型(zigzag)碳纳米管的振荡仅有一个周期；碳纳米管电导在费米能级附近的振荡周期随着悬挂端的增长而减小.研究还发现：有限长悬挂端开口碳纳米管的平均电导随探针与碳纳米管间耦合强度的增加而增大，其大小约为无限长悬挂端开口碳纳米管平均电导的两倍. 关键词： 输运特性 碳纳米管 紧束缚模型     

非碳纳米管研究的新进展

文章系统地论述了非碳纳米管的制备，较详尽地介绍了多种非碳纳米管制备最新的进展，包括硫化物、氮化物、氧化物等等，特别重点地总结了非碳纳米管前沿材料，例如WS2，Bi2S，，ZnS，GaN，BN，AlN，InP，Eu2O3，，V2O3等．最后对非碳纳米管的研究趋势作了展望．     

碳纳米管的稳定性研究

石墨晶体结构遭到破坏时，总是碎化为微小尺寸的片状粉末.孤立的石墨烯片在其边缘存在大量的悬挂键，使得石墨烯片的能量较高，状态也不稳定.石墨烯片卷曲形成碳纳米管后，悬挂键减少，系统能量相应降低.另一方面，石墨烯片卷曲形成碳纳米管将产生相应的形变势能，形变势能的产生将抵消由于减少石墨烯片边缘上的悬挂键所带来的能量降低，使碳纳米管的能量可能高于石墨烯片的能量，导致碳纳米管结构的不稳定.在建立碳纳米管生成的力学模型并进行深入理论分析的基础上得出了碳纳米管可以稳定存在的最小直径约为0.32nm的结论.     

硅纳米颗粒在碳纳米管表面生长的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了硅纳米颗粒在碳纳米管上的生长，并分析了这种复合材料的基本结构.研究表明，由于硅原子和碳纳米管之间的相互作用以及碳纳米管的巨大的表面曲率，硅原子在碳纳米管表面不是形成覆盖碳纳米管的二维薄膜，而是生成具有三维结构的硅纳米颗粒.小纳米颗粒的结构和无基底条件下生成的颗粒结构基本一致.对于大纳米颗粒，不同于无基底条件下形成的球状纳米晶体硅结构，硅纳米颗粒沿管轴方向伸长，其结构为类似于硅晶体的无定形网络结构. 关键词： 纳米颗粒 碳纳米管 硅 分子动力学模拟     

单壁碳纳米管的振动频率

将修正的分子结构力学方法(MMSMM)扩展用来分析单壁碳纳米管的动态特性. 应用MMSMM方法分析了悬臂单壁碳纳米管的振动特性，对计算得到的单壁碳纳米管振动的基频进行了讨论. 发现单壁碳纳米管振动的基频与碳管的直径和长度有关，呈现出一定的尺度依赖性，当管径很小的时候，单壁碳纳米管的振动基频可以达到GHz.并尝试用有限元方法模拟碳管的振动问题. 两种方法得到的结果表明，在常用的原子模拟方法(如分子动力学方法)解决碳纳米管振动问题遇到困难时，通过扩展修正可以简单的处理这类问题，并可以保持很好的精度.     

液体水银在碳纳米管中传输的压力控制模型

碳纳米管在纳米技术中有一个很重要的应用，就是它可以作为纳米管道传输液体. 本文用分子动力学模拟方法，结合一个液体压力控制模型，对液体水银由于外部压力作用在碳纳米管中传输的现象进行研究. 研究结果表明，当液体水银的内部压强超过一个临界值时，液体水银能够浸入到碳纳米管内部；不断增大液体内部的压强，碳纳米管可以连续地传输液体；而当对液体水银进行循环加压时，碳纳米管可以间断地传输液体水银.     

碳纳米管/聚苯胺纳米复合管的制备及其微波介电特性研究

用原位乳液聚合法在碳纳米管表面包覆聚苯胺，制备出了碳纳米管/聚苯胺一维纳米复合管.复合管的直径为50—80 nm，聚苯胺包覆层的厚度为20—30 nm，聚苯胺在碳纳米管表面以层状和枝晶状两种形态生长.研究了碳纳米管/聚苯胺复合管在2—18 GHz的微波介电特性.与纯碳纳米管相比，碳纳米管/聚苯胺复合管的介电常数的实部ε′和虚部ε″在2—18 GHz随频率变化较小，在低频波段介电常数值较小，作为微波吸收剂容易实现与自由空间的阻抗匹配，而且它的介电损耗角正切(tanδ=ε″/ε′)较高，是一种很好的微波吸收剂. 关键词： 碳纳米管 聚苯胺 微波介电特性 微波吸收剂     

碳纳米管阵列、捆束的三步升温工艺制备及其形貌与结构

使用结构简单的单温炉设备，通过三步升温热解二茂铁、三聚氰氨混合物方法，在二氧化硅、多晶陶瓷基底上分别合成了碳纳米管阵列、碳纳米管捆束.使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子能量损失谱和x射线光电子能谱对合成样品进行了结构和成分分析.结果显示：两种基底上合成的纳米管均为多壁纯碳管；生长于光滑二氧化硅表面的碳纳米管具有高度取向性和一致的外径，长度为10—40μm.碳纳米管采取催化剂顶端生长模式并展示出类杯状形貌；生长于粗糙多晶陶瓷表面的碳纳米管捆束随机取向，碳纳米管直径为15—80nm，长度在几百微米，展示 关键词： 碳纳米管 热解法 三步升温工艺