单壁和多壁碳纳米管的硝酸氧化对比研究

利用同步辐射X射线近边吸收谱（XANES）分别对硝酸氧化处理后的单壁碳纳米管和多壁碳纳米管进行了系统的对比研究。实验结果表明,单壁碳纳米管容易遭到硝酸的破坏,生成大量的碳碎片,氧化所产生的氧化基团大部分形成于碳碎片上,这些吸附在碳纳米管上的碳碎片可以通过氢氧化钠溶液的清洗、过滤去除。相比之下,结构稳定性更高的多壁碳纳米管在硝酸处理过程中则显得比较稳定,大量的氧化基团形成于碳管管壁上。这种不同结构碳纳米管的不同氧化结果可能会对碳纳米管的后续修饰和应用产生重要的影响。     

表面热处理研究石墨及含杂质单壁碳纳米管的C 1s X射线吸收谱

用表面敏感光电子能谱全电子产额模式(TEY)对石墨及含杂质单壁碳纳米管的C 1s X射线吸收谱进行了研究.在高真空里表面退火处理后,石墨C 1s X射线吸收谱中未占据π^{*和σ*态特征峰之间的小峰消失,证实此峰不是来自于一直被认为的所谓的类自由电子态,而来自于样品表面态,即表面结构扭曲或吸附气体所引起的结构变化.而且π*和σ*峰强度有明显的变化,提示着在研究不同纳米管未占据态的态密度对比研究中,原位温度处理是关键的.我们通过对含杂质不同单壁碳纳米管的态密度对比研究来说明这种处理过程的必要性.}     

拓扑缺陷对Armchair型小管径多壁碳纳米管输运性质的影响

采用密度泛函理论和非平衡格林函数方法研究了纯净的及带有不同数目的 Stone-Wale拓扑缺陷下的扶手椅型单壁,双壁和三壁小管径碳纳米管的能带结构和电子输运性质,通过计算并分析不同偏压下的微分电导和非弹性电子隧穿谱(IETS),计算结果表明单壁,双壁和三壁碳纳米管的特征偏压区间分别为[-1.0 V,1.0 V],[-0.5 V,0.5 V]和[-0.25 V,0.25 V],特征偏压区间内SW拓扑缺陷所产生的电导波动平缓,而特征偏压区间外因缺陷的数目变化所带来的电导波动显著,通过IETS谱线的分析得到单壁,双壁和三壁碳纳米管的特征峰偏压分别为±1.25 V,±0.625 V和±0.125 V.碳纳米管的特征偏压区间和IETS特征峰偏压可为较小管径碳纳米管单壁,双壁和多壁类型的区分提供一种新的途径,同时也为小管径多壁碳纳米管的输运性质在出现拓扑缺陷时的响应提供参考依据.     

拓扑缺陷对Armchair型小管径多壁碳纳米管输运性质的影响

采用密度泛函理论和非平衡格林函数方法研究了纯净的及带有不同数目的Stone-Wale拓扑缺陷下的扶手椅型单壁, 双壁和三壁小管径碳纳米管的能带结构和电子输运性质, 通过计算并分析不同偏压下的微分电导和非弹性电子隧穿谱(IETS), 计算结果表明单壁, 双壁和三壁碳纳米管的特征偏压区间分别为[-1.0V, 1.0V], [-0.5V, 0.5V] 和[-0.25V, 0.25V], 特征偏压区间内SW拓扑缺陷所产生的电导波动平缓, 而特征偏压区间外因缺陷的数目变化所带来的电导波动显著, 通过IETS谱线的分析得到单壁, 双壁和三壁碳纳米管的特征峰偏压分别为 1.25V, 0.625V和 0.125V. 碳纳米管的特征偏压区间和IETS特征峰偏压可为较小管径碳纳米管单壁, 双壁和多壁类型的区分提供一种新的途径, 同时也为小管径多壁碳纳米管的输运性质在出现拓扑缺陷时的响应提供参考依据.     

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.     

单壁碳纳米管吸附酞菁类有机物的研究

利用苯氧基酞菁修饰单壁碳纳米管,并利用透射电子显微镜、紫外可见吸收光谱、荧光光谱以及拉曼光谱进行了表征分析.在透射电镜下观察到结合物呈现糖葫芦状,吸附后吸收光谱以及荧光光谱中峰的强度明显下降说明单壁碳纳米管吸附了大量的苯氧基酞菁,通过拉曼光谱发现吸附后单壁碳纳米管的拉曼光谱中主要峰的位置向长波数方向移动,原因是单壁碳纳米管吸附苯氧基酞菁前后状态的改变导致的.     

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 .     

双壁碳纳米管电浸润现象的分子动力学模拟

在单壁碳纳米管电浸润现象原子模拟的基础上,对双壁碳纳米管的电浸润现象进行了计算机模拟.运用经典分子动力学方法结合一个宏观的电毛细管模型模拟了双壁碳纳米管在水银中的电浸润过程,对不同内管尺寸情况下的浸润现象作了研究和比较.计算结果表明双壁碳管和单壁碳管的电浸润过程存在很大的不同,双壁碳管的内管在电浸润过程中起到重要的作用：当改变双壁碳管中内管的尺寸时,浸润现象会产生很大的改变. 关键词： 双壁碳纳米管 电浸润 分子动力学     

单壁碳纳米管吸附对三联苯的研究

利用对三联苯对单壁碳纳米管进行了化学修饰,并利用透射电镜、紫外可见吸收光谱、拉曼光谱对修饰后的单壁碳纳米管进行了表征分析.通过对比吸附前后的紫外可见吸收光谱发现,吸附后的光谱强度大约下降63.1%,说明单壁碳纳米管吸附上了对三联苯.通过拉曼光谱分析发现,吸附后单壁碳纳米管的拉曼光谱中主要峰的位置向长波方向移动了6～7 cm-1,认为拉曼光谱发生移动的原因是单壁碳纳米管吸附对三联苯前后状态的改变导致的.     

含氮SW缺陷对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响

应用第一性原理密度泛函理论研究了单壁碳纳米管中Stone-Wales(SW)缺陷和氮掺杂情况下的电子结构和光学性质.研究发现,含氮SW缺陷单壁碳纳米管体系的总能降低,结合更稳定,且在费米能级附近出现一条半满的杂质带,并且随着氮掺杂位置的不同,掺杂能态出现显著差异.碳管的吸收和反射明显减弱且吸收峰和反射峰在低能区发生红移现象,在能量小于11eV附近均出现杂质特征峰.本文对计算结果进行了分析研究,可望为含氮SW缺陷碳管在光电材料中的应用提供理论依据. 关键词： 单壁碳纳米管 Stone-Wales缺陷 氮掺杂 光学性质     

模拟研究碳纳米管的热稳定性质

运用分子动力学方法具体模拟研究单个碳纳米管（CNTs）在加热过程中的结构变化．选择多组不同结构的单壁碳纳米管（SWCNTs）和双壁碳纳米管（DWCNTs）作为研究对象,加热温度从室温开始到4000 K,压强保持为1 atm．结果表明单壁碳管中手性型结构热稳定性最好,其次是扶手椅型和锯齿型,当手性角相同时,直径大的热稳定性更高;对于双壁碳管,研究表明当双壁中至少之一为手性结构时其热稳定好,而内外壁均为锯齿结构的稳定性最差,该结果进一步支持了有关单壁碳管的结论;还从理论上探索了描述结构热稳定性的方式,并在键层 关键词： 单壁碳纳米管 双壁碳纳米管 分子动力学方法 热稳定性能     

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.     

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     

单壁碳纳米管中暗激子变亮的多体格林函数理论研究

本文发现了吸附在碳纳米管外壁和管内的有机分子可以调控碳纳米管的光学性质. 本文以手性为(7,0)的单壁碳纳米管与有机分子方酸菁和聚噻吩组成的复合物为例,利用从头算多体格林函数理论研究了物理吸附的有机分子对碳纳米管光激发性质的影响. 碳纳米管的E₁₁和E₂₂吸收峰红移了几十个毫电子伏特. 重要的是,碳纳米管与分子之间的弱相互作用使得(7,0)管原来能量低于E₁₁峰的暗激子获得一定的振子强度,成为亮激子,从而在低能量处产生一个较弱的卫星吸收峰. 吸附分子的类型影响该卫星峰的能量. 这些发现可为调控碳纳米管的发光波长和发光效率提供有价值的信息.     

氧吸附对单壁碳纳米管的电子结构和光学性能的影响

用密度泛函理论计算了氧分子物理吸附在半导体型单壁碳纳米管的束缚能，能带结构和吸收 光谱.计算结果指出氧分子吸附在碳纳米管表面的优先位置，研究发现氧吸附对碳管的电子 输运特性和吸收光谱有着重要的影响，并对光致氧分子解吸附的现象进行了理论分析. 关键词： 单壁碳纳米管 氧物理吸附 能带结构 吸收光谱     

范德华力对双壁碳纳米管轴向压缩屈曲行为的影响

使用分子动力学方法研究几种不同半径尺寸的单壁碳纳米管组成的双壁碳管，预测了其初始稳定构型；分析了其自由弛豫阶段的特征；并模拟了它们在轴向压缩载荷作用下的屈曲行为；研究了不同层间距导致的范德华力变化对屈曲行为的影响.采用Tersoff-Brenner势描述单壁碳纳米管内原子间作用，Lennard-Jones势描述内外层间的范德华相互作用.计算结果表明：在通常意义下的双壁管间距(约0.34 nm)外还可以存在稳定的双壁碳管构型，并且这些新的稳定构型表现出了不同的力学性质. 关键词： 双壁碳纳米管 分子动力学 屈曲     

Rh在单壁碳纳米管上吸附的密度泛函理论研究

本文利用密度泛函理论研究了Rh原子在（6,6）单壁碳纳米管内外的吸附行为. 通过对Rh在单壁碳纳米管上不同吸附位的吸附构型与吸附能的研究发现: Rh吸附在管内、外的洞位最稳定, 且管外吸附比在管内强. 这是由于单壁碳纳米管的卷曲效应使得管外电荷密度比管内大造成的. 态密度分析表明, 吸附在管内外的Rh原子的5s电子均转移到了4d轨道上; Rh原子4d轨道上的电子转移到了（6, 6）碳管上, 使Rh带正电, 碳管带负电. 结合能带分析表明, Rh原子吸附在管内磁性较弱, 而吸附在管外较强. 关键词： 密度泛函理论 单壁碳纳米管 Rh原子 吸附     

拓扑缺陷对单壁碳纳米管电子结构及其光学光谱的影响

应用密度泛函理论计算了半导体型单壁碳纳米管(7,0)和(8,0)以及其发生镜像对称和非镜像对称Stone-Wales形变、形成异质结(7,0)—(8,0)情况下的能带结构、吸收光谱、反射光谱,并对计算结果进行了比较。研究发现： 引入拓扑缺陷态后,碳纳米管的能带结构发生了明显的变化,费米能级在不同缺陷情况下移动方向不一致;碳管的吸收和反射明显减弱且吸收峰和反射峰在低能区发生红移现象;在光子能量约为E=13 eV处各碳管的吸收谱和反射谱中均出现一特征峰,并且在引入缺陷以后该特征峰向高能区移动。文章对计算结果进行了分析和探讨,可望利用这种拓扑缺陷的引入而产生的光电特性来设计碳管光电器件。     

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。     

利用场发射显微镜研究O2对单壁碳纳米管场发射的影响

利用场发射显微镜和四极质谱计研究了充入高纯O2的四极质谱和O2对单壁碳纳米管场发射的影响.单壁碳纳米管经过约1000℃的热处理得到清洁态场发射像后，充入O2，分别测量了O2吸附和脱附后场发射的I V特性.实验观测到在单壁碳纳米管上O2的吸附使场发射电流减小，说明逸出功增加.在10-4Pa的O2压强下对单壁碳纳米管进行约1000℃的热处理，可以产生氧化刻蚀作用，观测到场发射像的变化，并测量了氧化刻蚀产生的I V特性变化. 关键词： 单壁碳纳米管 场发射显微镜 场发射 四极质谱