氢在多壁碳纳米管中的吸附储存

利用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)的方法模拟了氢在多壁碳纳米管中的吸附,氢气分子之间、氢气分子和碳原子之间的相互作用势能采用Lennard-Jones势能模型。模拟了不同结构参数(管内径、管壁数、管壁间距)的多壁碳纳米管在77K和298K下的吸附等温线,分析了多壁碳纳米管的管内径、管壁数以及管壁间距对吸附性能的影响。模拟结果表明:多壁碳纳米管的管壁数和管壁间距对吸附性能的影响较明显;管壁数越少,管壁间距越大,其吸附性能越好;多壁碳纳米管的管内径对其吸附性能的影响甚微。     

多壁碳纳米管储氢的物理吸附特性

采用巨正则蒙特卡罗方法 ,模拟常温、1 0MPa下氢在扶手椅型多壁壁碳纳米管中的物理吸附过程 .氢分子之间、氢分子与碳原子之间的相互作用采用Lennard Jones势能模型 .研究了双壁碳纳米管外 (内 )径固定而内 (外 )径改变时的物理吸附储氢情况 ,发现氢分子主要储存在双壁碳纳米管的管壁附近 ,当双壁碳纳米管的内外管壁间距由 0 .34nm增大到 0 .6 1或 0 .88nm时可有效增加物理吸附储氢量 ,并给出了相应的理论解释 .在此基础上 ,计算了管壁间距为 0 .34、0 .6 1和 0 .88nm时的三壁碳纳米管的物理吸附储氢量 ,并与相同条件下单壁和双壁碳纳米管的物理吸附储氢量作了比较 ,发现多壁碳纳米管的物理吸附储氢量随碳管层数的增加而减小 .     

径向压缩碳纳米管的电子输运性质

研究径向压缩形变对碳纳米管电子输运性质的影响对搭建微纳碳基电子器件具有重要意义.本文利用分子动力学模拟方法研究了碳纳米管与金属界面接触构型,得出碳纳米管径向压缩形变的规律.模拟结果表明:碳纳米管在水平接触金属表面后,其稳定状态下的径向压缩形变大小会受接触长度、管径大小、金属种类和片层数量的影响.基于紧束缚密度泛函理论和...     

结构与尺寸对碳纳米管物理吸附储氢的影响

采用巨正则蒙特卡罗方法,在298K和10MPa下,系统地研究了碳纳米管及其阵列的物理吸附储氢量与单壁管的管径、多壁管的层间距和管层数、单壁管阵列的管间距和排列方式的关系.发现单壁管的管径等于6nm时,管内的储氢密度达到最大;多壁管的层间距由034nm增大至061或088nm时,物理吸附储氢量明显增大;单壁管阵列的管间距等于17nm时,其管外间隙处的储氢密度达到最大,且方阵阵列优于三角阵列;当单壁管阵列的管间距大于06nm时,其管外的储氢密度均大于管内的储氢密度.指出合理地选择单壁管的管径、多壁管的层间距、单壁管阵列的管间距和排列方式,可以有效地提高碳纳米管及其阵列的物理吸附储氢量,并给出了相应的理论解释.     

多壁碳纳米管中的多通道弹道输运特性

借助于扫描电子显微镜中可移动金属探针的测量系统,实现了探针电极与W衬底上生长的单根多壁碳纳米管一端的完美接触.研究了单根多壁碳纳米管室温下的电输运特性,发现多壁碳纳米管具有非常高的电流承载能力.对于直径100nm的碳纳米管,其电阻为34.4Ω,流经碳纳米管的最大电流可达7.27 mA,对应的电导为 460-490G0 .这一实验结果表明,大直径的多壁碳纳米管在室温下可以实现多通道弹道输运,是未来纳电子器件与电路的理想互联导线.     

纳米尺度上的可逆开关

 电路中的机械开关通过引入一个缺口来工作,美国帕萨迪纳市(Pasadena)加州理工学院(CaliforniaInstituteofTechnology)的马可·伯克拉斯(MarcBockrath)与同事们在纳米尺度上进行了这样的实验。研究者以多壁碳纳米管连接两个电极,用高电压打断碳纳米管,使这个系统处于“关”的状态。他们发现打断的两端能够通过充电重新连接起来。同轴多层的碳纳米管壁之间存在静电排斥,导致内部的碳纳米管向外移位。缺口随后被连接上,回路再次畅通。     

不同激发波长下单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的拉曼光谱比较

对不同激发波长下单壁和多壁碳纳米管的激光拉曼光谱进行了比较。发现单壁碳纳米管D峰强度和G峰强度的比值(ID/IG)几乎不随激发光子能量的改变而变化,多壁碳纳米管ID/IG值随着激发光子能量的增加以斜率0 3/eV减小。并对此现象进行了初步的分析。此外,还发现在1064nm激发波长下,单壁和多壁碳纳米管2500-3500cm-1之间拉曼峰的相对强度随着入射激光功率的增加而增加。     

单壁碳纳米管:纳米发电机和纳米马达

简要回顾了单壁碳纳米管的发现及研究现状,介绍了一种新颖的悬空单壁碳纳米管的制备方法;在此基础上,通过新的一种四电极方法,用实验证明水分子可以进入两端开口的单壁碳纳米管内,由于水分子偶极子与碳纳米管中载流子的相互产生相互耦合作用,载流子的定向运动(电流)可以使水产生定向运动(纳米马达);同时,水的运动又会使碳纳米管中的载流子产生定向运动而产生一个电动势(纳米发电机).     

重频激光对多壁碳纳米管悬浮液光限幅特性的影响研究

在激光以不同重复频率入射下,研究了直径分布为10～20 nm的多壁碳纳米管悬浮液对波长为1064 nm激光的光限幅效应,定性分析了不同重复频率激光对多壁碳纳米管悬浮液的光限幅影响。结果表明:碳纳米管悬浮液对波长为532 nm和1064 nm的激光都具有很强的光限幅响应;在多脉冲激光入射时,碳纳米管悬浮液的光限幅效应比单脉冲激光入射时更显著。     

一种平行栅碳纳米管阵列阴极的场发射特性研究

建立一种平行栅碳纳米管阵列阴极,利用悬浮球模型和镜像电荷法进行计算,给出碳纳米管顶端表面电场与电场增强因子的解析式. 在此基础上,进一步分析器件各类参数以及接触电阻对阴极电子发射性能的影响. 分析表明,碳纳米管间距大约为2倍碳纳米管高度时阵列阴极的分布密度最佳,靠边缘部位的碳纳米管发射电子能力比其中心部位的大;除碳纳米管的长径比之外,栅极宽度和栅极间距也对电场增强因子有一定作用;接触电阻的存在大幅度降低碳纳米管顶端表面电场与发射电流,而接触电阻高于800 kΩ时,器件对阳极驱动电压的要求更高. 关键词： 平行栅碳纳米管阵列 悬浮球 场增强因子 接触电阻     

单壁碳纳米管储氢研究

利用Gaussian03程序计算出C-H键的键能是1.88 eV,键长是0.113 nm.已知H-H键能是4.748 eV,键长是0.074 nm.显然,H-H键能大于C-H键的键能,所以在常温常压下碳纳米管储氢时,以物理吸附H_2分子为主,化学形式的C-H键吸附为辅.另外,利用LJ势能函数,计算了H_2分子在碳纳米管中C原子所成的六边形中心正上方、C原子正上方以及相邻两C原子中间正上方时H_2分子与碳纳米管之间的势能.得到无论H_2分子是被吸附到管内或管外,还是被吸附到中间区域或两端区域,都是H_2分子在C原子所成的六边形中心正上方时能量最低.当H_2分子被吸附到碳纳米管中间区域时,管内和管外的H_2分子距管壁的距离分别是0.320 nm和0.309 nm;而当H_2分子被吸附到碳纳米管两端区域时,这两个距离分别是0.324 nm和0.313 nm.     

两种不同制备方法的多壁碳纳米管光学性质的对比

分别采用化学气相沉积法和电弧放电法制备了多壁碳纳米管.利用扫描电镜测量了两种不同方法所制备样品的形貌,并在室温下测量了这两种样品的喇曼光谱、吸收光谱和光致发光光谱.结果显示:电弧法所制的纳米管管径较小,且纳米管相互缠绕明显;两种样品的喇曼光谱中均存在D模和G模,但化学气相沉积法制备的碳管的结构更完美,石墨化程度和碳管纯度更高;两种样品都在250 nm处有一个强的吸收峰,当采用共振激发时,两种样品均在480 nm处有带状发射光谱,而用550 nm的光激发时,化学气相沉积法制备的多壁碳纳米管在820 nm处具有光致发光,电弧法制备的样品在此波段则无光致发光.     

碳纳米管在大气压环境中的场致发射特性

研究了在大气压环境下,单根碳纳米管作为场致发射阴极,与阳极间距为100—200 nm时的场致发射特性.对比了碳纳米管在不同阴阳极间距和不同气体环境中的场致发射电流和噪声的特点. 关键词： 碳纳米管 场致发射 大气压     

CO2连续激光蒸发制备单壁碳纳米管及其Raman光谱的研究

讨论了在室温下用波长10.6μm的CO2连续激光制备单壁碳纳米管的工艺条件和生长机理.用大功率CO2连续激光蒸发制备单壁碳纳米管,所用激光功率400—900W,高分辨透射电镜观察表明单壁碳纳米管直径1.1—16nm,随着激光功率的增加稍微增加.本文还分别用波长为514.5nm和632.8nm激发光测量了CO2红外激光制备的单壁碳纳米管的一级和二级Raman光谱,发现在Raman特征峰的位置、强度上都存在差异.还将用CO2红外激光制备的单壁碳纳米管的Raman光谱与用YAG激光制备的单壁碳纳米管的Raman光谱进行了比较. 关键词： 单壁碳纳米管 CO2连续激光 Raman光谱     

单根超细多壁碳纳米管大尺寸弹性形变过程原位纳米力学研究（英文）

本文利用原位透射电子显微镜技术,研究了单根超细(直径20 nm)多壁碳纳米管(MWCNT)在轴向载荷下形貌和结构的演化过程,并对同步获取的多壁碳纳米管力-位移(F-D)曲线进行了分析.有趣的是,经历过15次轴向压缩循环后,MWCNT在形貌和结构上都几乎保留了原始形态.大尺寸的弹性形变过程表明,碳纳米管具有良好的柔韧性和抗压缩性能.根据F-D曲线拟合得出的碳纳米管的杨氏模量约为0.655 TPa.     

单根超细多壁碳纳米管大尺寸弹性形变过程原位纳米力学研究

本文利用原位透射电子显微镜技术,研究了单根超细(直径20 nm)多壁碳纳米管(MWCNT)在轴向载荷下形貌和结构的演化过程,并对同步获取的多壁碳纳米管力-位移(F-D)曲线进行了分析.有趣的是,经历过15次轴向压缩循环后,MWCNT在形貌和结构上都几乎保留了原始形态.大尺寸的弹性形变过程表明,碳纳米管具有良好的柔韧性和抗压缩性能.根据F-D曲线拟合得出的碳纳米管的杨氏模量约为0.655 TPa.     

多壁碳纳米管促进制冷剂水合物生成实验研究

选用纯多壁碳纳米管、羧基化和羟基化多壁碳纳米管分别与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)复配,制备稳定的碳纳米流体,促进HCFC-141b水合物生成,并基于恒温定容法测定水合物生成温度曲线。结果表明,纯多壁碳纳米管、羧基化和羟基化多壁碳纳米管最佳添加量均为60 ppm,诱导时间分别为94.8 min、62.6 min和51.4 min,蓄冷密度分别为263.64 kJ/kg、280.07 kJ/kg和286.61 kJ/kg。多壁碳纳米管超高的比表面积和优良的导热性增强了两相接触面积、提供了更多成核位点,促进水合物快速生成。     

可溶性高聚物-多壁碳纳米管复合物的吸收光谱和光限幅性能研究

合成了三种可溶性高聚物嫁接的多壁碳纳米管复合物,包括聚乙烯基咔唑-多壁碳纳米管复合物(MWNTs-PVK),聚苯乙烯-多壁碳纳米管复合物(MWNTs-PSt)和聚甲基丙烯酸甲酯-多壁碳纳米管复合物(MWNTs-PMMA)。合成样品的TEM图显示出高聚物成功地包裹在碳纳米管外。样品的氯仿溶液UV-Vis 吸收谱显示,复合物的紫外区与纯的多壁碳纳米管不同,有一些复杂的特征吸收峰,反映了高聚物与碳纳米管共价连接的作用。利用Z扫描技术通过527 nm的纳秒激光脉冲激发研究了这三种复合物的非线性光学性质和光限幅性能。这三种复合物的氯仿溶液的光限幅性能很相似,并且优于纯多壁碳纳米管氯仿悬浮液和C60甲苯溶液。为解释观察到的结果,研究了样品的非线性折射,非线性吸收和非线性散射机制。结果显示,非线性吸收是引起样品光限幅的主要机制。     

径向预紧力对反射镜重力变形的补偿作用

针对精密反射镜的重力变形,提出了一种基于径向预紧力的变形补偿方法。以高数值孔径(NA)投影光刻物镜中的反射镜为研究对象,建立了反射镜的受力模型,定性分析了径向预紧力对反射镜重力变形的影响规律。利用有限元分析方法得到了在不同径向预紧力作用下反射镜的面形变化,通过数据拟合分析了径向预紧力与面形误差及其泽尼克系数之间的关系。分析结果表明:径向预紧力主要影响反射镜面形的球差项和三叶像差项;随着径向预紧力的增大,补偿后的面形误差呈现先减小后增大的趋势,当径向预紧力约为25 N时,由于重力导致的面形误差由2.009 nm减小为0.462 nm,补偿结果最优。通过实验测量了重力和预紧力作用下反射镜的面形误差,当径向预紧力为25 N时重力导致的反射镜面形误差减小了0.988 nm,从而验证了分析过程和补偿方法的正确性。     

不同参数多壁碳纳米管的拉曼光谱研究

拉曼光谱是进行碳材料结构与性质研究的有力手段,为了研究多壁碳纳米管(MWCNT)的管径和长度对其拉曼光学性质的影响,本研究对一系列不同管径和长度的多壁碳纳米管进行拉曼光谱的测试和分析。研究发现: 与高取向的石墨相比,多壁碳纳米管一阶拉曼光谱的G峰中心和D峰中心都会向低波数发生不同程度的红移;MWCNT两个主要特征峰(G峰和D峰)峰强在其他条件相同的情况下,与MWCNT的管径成正比,与长度成反比;G峰的频移与MWCNT的管径和长度两个因素密切相关,与管径成反比关系(这与单壁碳纳米管的径向呼吸模有着一致的结果),与管长成正比关系,而D 峰的频移受MWCNT的管径和长度的影响很弱,并对此现象进行了初步分析。在此基础上,我们以MWCNT的长径比为横坐标,G峰频移为纵坐标作图,进行线性拟合,得到了G峰频移与长径比成一定的线性递增关系。采用同样的分析方法,我们将G峰和D峰强度分别对MWCNT的长径比作图,进行线性拟合,得到了G峰和D峰强度分别与MWCNT的长径比成一定的线性递减关系。