方兴未艾的纳米结构材料（续）

2　几种纳米材料的结构、特性和应用2 .1　奇妙的碳纳米管将两根石墨碳棒在惰性气体 (氦、氩 )中进行直流电弧放电 ,并用围于碳棒周围的冷凝板收集挥发物 ,通过提纯可获得碳 6 0 ( C6 0 ) .1 991年底 ,瑞士苏里士高工的高压电镜实验室在研究碳团簇的结构时 ,意外地发现有管状结构的碳分子存在 . 1 991年 1 1月 ,日本电器公司( NEC)的电子显微镜专家 Sumio Iijima在用高分辩率电镜检查球状碳分子时也发现了由纳米级同轴碳分子构成的管状物 ,现称为碳纳米管或纳米碳管 .碳纳米管是由石墨中一层或几层碳原子卷曲成的笼状“纤维”,内部是空的…     

CVD法制备碳纳米管的TG-DTA研究--温度对CVD法制备碳纳米管的影响

基于碳纳米管粗产品中无定形碳和不同直径碳纳米管对氧的反应活性的差异 ,通过差热 -热重 (TG DTA)方法 ,结合透射电镜 (TEM)和X射线衍射 (XRD)的测试结果 ,研究了合成温度对以乙炔气体为碳源 ,用CVD法制备碳纳米管的石墨化程度、碳纳米管直径以及直径分布的影响 .结果表明 :反应中 ,由于催化剂Co/SiO2中活性组分 (Co)微晶随合成温度的升高而增大 ,导致所制备的碳纳米管的直径增大 ,从 2 0～ 30nm (6 5 0℃ )增加到 30～ 5 0nm (75 0℃ ) .碳纳米管的石墨化程度随着反应温度的升高而增加 .XRD实验结果还表明 ,当合成温度从 6 5 0℃增加到 85 0℃时 ,2θ值从 2 5 .8°增加到 2 6 .8°,(0 0 2 )晶面的层间距从 3.45 减小到 3.32 ,即随着合成温度的升高 ,碳纳米管 (0 0 2 )晶面的层间距减小 .通过DTA放热峰的峰温和半峰宽的分析得出 ,无定形碳的放热峰峰温Tp<380℃ ,其含量随着温度的升高而减小 .碳纳米管的DTA放热峰的峰温Tp 随着碳纳米管的直径和石墨化的程度的增加而升高 ,半峰宽随着碳纳米管的直径的分布范围增大而增宽 .低温 (6 5 0℃ )有利于生成直径小且均匀的多层碳纳米管 (2 0～ 30nm) ,而高温 (大于 75 0℃ )则有利于生成直径大的多层碳纳米管 (大于 30～5 0nm) .     

酞菁裂解法多壁碳纳米管的制备、表征和应用

为了探究高温处理酞菁钴对O2 的催化还原作用 ,以酞菁钴作为催化剂的前体 ,通过化学气相沉积的方法 ,在 85 0℃下 ,氩气与氢气混合气流中 ,制备了双层定向碳纳米管 ,纳米管的直径分布在 6 0～ 12 0nm ,长度约为4 0 μm ,在纳米碳管中包裹有直径为 10nm的钴颗粒 .所得产品用透射电子显微镜和扫描电子显微镜进行了观察 ,并用拉曼谱和X射线衍射对样品进行了表征 .通过循环伏安法测量得到纳米碳管对金属颗粒在酸性溶液中的腐蚀具有一定抵抗作用 .认为少量的N对于竹节状碳纳米管的形成和金属对酸的抵抗作用是十分必要的 ,每节中碳壁的弯曲弧度则与N在碳纳米管中含量和N与金属的相互作用有关 .另外 ,碳纳米管较大的电化学活性区域在电化学方面具有潜在的应用价值 .     

碳纳米管的纯化及其在聚乙烯醇中的分散

采用硫酸和硝酸混合酸对多壁碳纳米管(MWNTs)进行纯化,利用红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)对MWNTs进行了表征;聚乙烯醇/乙醇(V/V=1:1)溶液分散MWNTs,循环伏安法(CV)测试了碳纳米管/聚乙烯醇膜修饰电极的电化学性能.实验结果表明,混酸处理可以提高碳纳米管的纯度及石墨化程度,并可以在碳纳米管上引入羧基功能团;碳纳米管可以均匀地分散在聚乙烯醇/乙醇溶液中并形成稳定的悬浮液,同时碳纳米管/聚乙烯醇膜修饰电极对苯二酚具有明显电化学催化活性.     

棱形石墨烯纳米孔道内离子传输性能的分子动力学模拟

纳米通道的尺寸、结构和表面化学对其内部溶液的分布结构和输运性质有着重大影响.本文研究了一种全新的菱形石墨烯纳米通道.这种理想的通道与最近被广泛研究的金属有机框架材料(MOF)的内部结构类似,有着与传统的碳纳米管截然不同的内部结构.本文使用分子动力学模拟的方法研究在不同尺寸的菱形石墨烯纳米通道内的KCl溶液的性质,并将其与同尺寸的单壁碳纳米管进行了比较.研究结果表明在小孔道内(<20?)其内部的溶液结构呈现若干个密度极高的聚集区域,即出现了结晶化的趋势．这一研究结果,将为MOF的结构设计提供思路,从而有望实现类似于生物离子通道的高选择性和高传输能力.     

"点石成金?"--碳结构超高压物理力学

文章介绍了石墨和碳纳米管在超高压和／或纳米压痕下的层间sp^2-sp^3键转化、软硬相转换、纳米硬度等研究进展．通过量子力学和分子动力学建模分析研究，发现超高压下石墨和碳纳米管存在软相向硬相转变的双相机制，给出了超高压获取石墨和碳纳米管超硬相的条件．理论计算与实验结果吻合很好，并能合理地解释有关石墨和碳纳米管超高压实验中看似矛盾的各种实验现象．提出了碳结构超高压物理力学概念，可为超高压碳相关物质相变、物化性质调控提供理论方法．     

爆轰制备纳米石墨片的微观形成过程研究

 石墨的层状结构使外来物质可进入层间,形成插入层;插入层在爆轰条件下分解后可将石墨层片推开,形成纳米石墨薄片。通过建立石墨层间化合物有限元模型,利用γ拟合法获取层间化合物的相关参数,基于Thomas-Fermi方程推导出相邻石墨层片分离时的层间作用力与层间距的函数关系;通过LS-DYNA模拟了石墨层片的分离过程,并给出石墨层间距随时间的变化关系,从而阐明薄片状无粘连纳米石墨的形成过程。     

γ射线辐照下多壁碳纳米管结构转变过程研究

采用60Coγ射线辐照纯净的多壁碳纳米管,用高分辨透射电镜和拉曼光谱,研究了多壁碳纳米管由石墨结构向无定形结构转变的演化过程.发现在γ射线辐照下,碳纳米管的外部石墨层逐渐失去最初的有序结构而向无定形结构转变.而且,随着γ射线辐照剂量的增加,无定形结构不断推进,而石墨层结构则不断减小,直至使整个碳纳米管变为一个中空的无定形纳米线结构.用原子位移理论和溅射机理对这种转变过程进行了分析.γ射线轰击碳纳米管击出碳原子,碳原子停留在晶格的间隙位置上产生间隙原子,在它原来的平衡位置则留下一个空位.当轰击粒子动能足够大时导致碰撞级联效应,无序结构增加.多数空位和间隙原子可能相互复合而彼此退火,但仍有少数原子作为间隙原子而造成晶格进一步缺陷.辐射也可以引起碳原子的溅射,溅射出来的碳原子沉积在碳纳米管的外壁上形成一层无定形碳结构.     

三元复合材料PANI/Ag/MWNT的电化学行为和比电容

通过原位聚合的方式在银纳米粒子/多壁碳纳米管(Ag/MWCNT)复合材料的表面成功聚合苯胺单体制备了聚苯胺/银纳米粒子/多壁碳纳米管(PANI/Ag/MWCNT)三元复合材料苯．通过对三元复合材料的结构以及表面形貌进行分析,表明聚苯胺层完全包覆了Ag/MWCNT复合材料,形成了核壳式结构．同时银纳米粒子则以单质晶体的形态存在于多壁碳纳米管与聚苯胺层之间．三元复合材料电极在1 mol/L的KOH溶液中具有极低的阻抗,而与聚苯胺电极相比,这些复合材料电极则表现出更低的电阻、更高的电化学活性和更好的循环稳定性．尤其是当苯胺和Ag:MWCNTs质量比为5:5时,该复合材料电极在0.25 A/g的电流密度下表现出最大的比电容值为160 F/g．     

与富勒烯C_(36)直径(0.5nm)相等的碳纳米管及其制备

在电弧放电方法制备碳纳米管中 ,通过用碳纳米管填充阳极进行放电实验 ,成功地得到了小直径单层碳纳米管 .同时在多层管的最内层得到了直径 0 5nm的碳纳米管 .这个结果表明直径小于C60 (直径 0 7nm)的碳纳米管是存在的 .     

Co3O4 纳米棒的溶剂热合成及形成机理分析

以Co(NO3) 2 ·6H2 O为主要原料 ,H2 O2 为氧化剂 ,在油酸和正十二烷烃的混合溶液中 ,利用溶剂热技术于 160℃反应 10h ,成功地合成了Co3O4 纳米棒 .用X射线粉末衍射 (XRD)、透射电子显微镜 (TEM)和振动样品磁强计 (VSM)等手段对产物进行了表征 ,并对产物的形成机理进行了初步分析 .结果表明 ,产物为立方型Co3O4 纯相 ,优化实验条件可得到棒状Co3O4 ,其平均尺寸约为 2 5× 10 0nm .Co3O4 纳米棒的形成与微乳液的棒状结构有关 ,棒状结构的胶束是形成这种纳米棒的模板 .在室温下 ,产物的矫顽力 (Hc)为 3 5 3Oe ,剩余磁化率 (Mr)为 0 .4emu/g .     

Ar+轰击石墨表面生成碳纳米管和碳纳米多面体

报道了一种用60keV Ar⁺轰击石墨生成碳纳米管和纳米碳壳层多面体颗粒的方法.高分辨透射电子显微镜研究指出，这些纳米多层结构物的尺寸约在20nm到0.4μm之间，碳原子层之间的距离为0.34nm.基于高分辨透射电子显微镜图像，建议了一个关于“组合碳多面体”的生长模型. 关键词：     

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     

专题:与硅技术融合的石墨烯类材料及其器件研究

<正>编者按碳是一种神奇的元素.除了大家熟知的钻石,还可以呈现从零维(富勒烯)、一维(碳纳米管)到二维(石墨烯)的稳定结构.这些结构的核心是二维单层石墨片结构,对其基本电子态结构的理论可以追溯到20世纪40年代(Wallace P R 1947 Phys.Rev.71 622).单层石墨片或石墨烯的应用也至少可以追溯到20世纪70年代.单层石墨片作为电镜样品的完美支撑膜,对20世纪七八十年     

界面接枝羟基对碳纳米管运动和摩擦行为影响的分子动力学模拟

本文采用分子动力学模拟研究了界面间接枝羟基对碳纳米管在石墨基底上运动和摩擦行为的影响.结果表明:界面接枝羟基后碳纳米管所受的侧向力明显改变;仅石墨接枝羟基时碳纳米管侧向力波动增大;同时由于垂直碳纳米管与基底间接触面积小,碳纳米管所受的摩擦力随羟基含量的增加而增大;碳纳米管与石墨上均接枝羟基后体系中引入了氢键和库仑力作用,显著增加了界面间的摩擦,体系的滑移界面从碳纳米管与石墨间迅速转变为石墨层间,并且导致碳纳米管在垂直初始运动方向上也出现了滑移.     

六角密排多迭层碳纳米管阴极的大电子发射电流和高电子发射稳定性（英文）

研制了一种六角密排多迭层碳纳米管阴极.在这种结构中,衬底银电极由烧结的银浆制作在透明锡铟氧化物电极上,且具有六角形边缘,相邻衬底银电极交错排列于阴极面板上.用ZnO和SnO_2颗粒作为掺杂材料,在衬底银电极和单一碳纳米管层之间制作了底部混杂层;单一碳纳米管层中的碳纳米管主要被用于发射阴极电子.给出了六角密排多迭层碳纳米管阴极的制作工艺,并研究了六角密排多迭层碳纳米管阴极用于电子源的可行性.将氮气作为保护气体,采用烧结方法除掉制备浆料中的有机粘合剂及其它有机杂质.将六角密排多迭层碳纳米管阴极真空密封进三极场发射显示器中,能够形成稳定的电子发射电流.测试结果表明,与普通碳纳米管阴极相比,六角密排多迭层碳纳米管阴极具有更优的电子发射特性,其开启电场为1.83V/μm,最大电子发射电流为2 718.6μA;且其具有良好的电子发射曲线趋势,当电场强度从2.17V/μm增强到3.06V/μm时,电子发射电流的增幅约为1 410.3μA.对电子发射电流随时间的波动变化进行了测试,测试结果显示六角密排多迭层碳纳米管阴极具有可靠且稳定的电子发射电流.绿色发射图像表明六角密排多迭层碳纳米管阴极具有良好的电子发射均匀性及高的电子发射亮度.鉴于其简单的制作结构和制作工艺,六角密排多迭层碳纳米管阴极具有一定的实际应用性.     

热丝和射频等离子体化学气相沉积法制备定向碳纳米管薄膜

采用热丝和射频等离子体复合化学气相沉积设备(PE-HF-CVD),以CH4、H2和N2为反应气体.在较低衬底温度下(500℃),用简单的催化剂制备方法--旋涂法在硅片上涂覆Ni(NO3)2溶液,经热处理及H2还原后的Ni颗粒为催化剂,在硅衬底上制备出了垂直于硅片且定向生长的碳纳米管薄膜.扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)结果显示,1 mol/l的硝酸镍溶液旋涂硅片所得催化剂制得的碳纳米管管径为30～50 nm,长度超过4μm,定向性好.并用拉曼光谱(Raman)对不同摩尔浓度Ni(NO3)2溶液条件下制备的碳纳米管薄膜样品进行了表征.     

基于HRTEM和Raman分析定向多壁碳纳米管阵列的生长机理

以二茂铁、二甲苯为前驱体,石英为衬底,在850 oC的管式炉内采用化学气相沉积法制备出了定向碳纳米管阵列. 高分辨透射电子显微镜和拉曼光谱的结果表明：碳纳米管阵列具有良好的定向性和多壁管状结构,石墨化程度高,并且只在表面存在少量单壁碳纳米管.定向多壁碳纳米管阵列的生长模式为“底部”生长模式,即在生长的初期,当催化剂颗粒较小时,析出的碳原子生成了单壁碳纳米管或与其性质类似的多壁碳纳米管(一般层数小于5层);催化剂颗粒逐渐长大后,大量的碳原子析出后生成了普通的多壁碳纳米管,从而形成了单壁碳纳米管只存在于碳纳米管阵列膜表面和多层碳纳米管膜表面与界面的现象.     

磁场中碳纳米管电子结构的紧束缚法研究

利用石墨平面碳原子轨道作sp2杂化时π电子的紧束缚模型,对磁场中直状单层碳纳米管(SWNTs)的电子结构进行理论推导和分析。磁场对碳纳米管的波矢产生影响,从而使碳纳米管的电子结构及能隙均以磁通量子Φ0(=h/e)为周期随磁通量Φ周期性变化。     

铁氧化物中电子隧道现象的扫描隧道显微术研究

报道了利用扫描隧道显微术(STM)对金属表面氧化物层进行电子隧道谱研究的结果。在对两类铁晶体表面氧化层进行的隧道谱和势垒高度测量结果进行分析后表明,常温条件下形成的氧化层(Ⅰ类)应主要是Fe₃O₄;而在高温氧化条件下形成的表面层(Ⅱ类)的主要成分则应是Fe₂O₃。从而表明(STM)可用于研究铁表面氧化过程的不同阶段,并且由Ⅰ类氧化层的低势垒特性说明STM还可以用于观测此类氧化层的内部结构。类似研究方法还可应用到对一系列 关键词：