多壁碳纳米管阵列场发射研究

研究了Ar离子束轰击及温度对多壁碳纳米管阵列场发射性能的影响.经Ar离子轰击35min后，发现阵列顶端的Fe催化剂颗粒明显减少，弯曲的顶部被轰击掉，使碳纳米管的场发射电流明显减小而场发射像无明显改变.温度的增加引起碳纳米管的场发射电流也随之增加.还研 究了在透明阳极技术中涂在阳极的荧光粉对场发射电流的影响.对同一碳纳米管阵列样品，发现涂有荧光粉的透明阳极使测量到的场发射电流大幅度减小，只是未涂荧光粉阳极电流的 1/30左右.直接用二氧化锡导电膜作阳极时，测得样品的开启场强为1.0V/μm.沉积了荧光粉的二 关键词： 多壁碳纳米管 场发射     

多孔氧化铝模板催化制备定向碳纳米管阵列

在不加过渡金属做催化剂的前提下,利用化学气相沉积法在二次阳极氧化法制得的多孔氧化铝模板中制备沉积了定取向碳纳米管阵列。考察了不同沉积温度以及退火处理对沉积结果的影响。温度达到600℃以上时,能得到开口的、定取向的多壁碳纳米管阵列；当沉积温度降至550℃左右时,沉积结果中存在碳纳米管、纳米纤维以及类似于弯曲的竹节状的结构；温度继续降低至500℃以下时,不能得到碳纳米管或碳纳米纤维；从实验结果中可以得出,在氧化铝模板中沉积碳纳米管过程中氧化铝起到了催化乙炔裂解以及催化沉积的碳石墨化成碳纳米管两种作用。另外,退火处理虽然能够提高沉积的碳纳米管的石墨化程度,但是也可能会引入新的缺陷。     

化学气相沉积法制备定向碳纳米管阵列

以二茂铁和二甲苯分别作为催化剂和碳源，采用一种无模板的化学气相沉积法，使用单温炉设备，成功地制备了高度定向的碳纳米管阵列.分别用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电子能量散射谱、拉曼光谱对碳纳米管阵列进行形貌观察和表征, 并研究了不同工艺参数对碳纳米管阵列形貌的影响.结果表明：在生长温度为800℃，催化剂浓度为0.02g/mL，抛光硅片上容易获得高质量的定向碳纳米管阵列，在此优化条件下生长的定向碳纳米管的平均生长速率可达25μm/min.     

阵列碳纳米管的石墨化程度

采用化学气相沉积法制备了阵列碳纳米管薄膜,对阵列碳纳米管的石墨化程度进行了系统研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)对样品形貌以及结构进行了表征。探讨了不同实验参数对阵列碳纳米管石墨化程度影响的机理。结果发现,在一定催化剂浓度范围内,催化剂浓度过低时,阵列碳纳米管的石墨化程度较差,而随着催化剂浓度的增加,阵列碳纳米管的石墨化程度逐渐变好;生长石墨化程度较好的阵列碳纳米管需要合适的进液速度,进液速度过低或过高都会使得碳纳米管的石墨化程度变差;此外,生长石墨化程度较好的阵列碳纳米管也需要合适的生长温度,生长温度过低或过高都会使得碳纳米管的石墨化程度变差。     

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.     

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) .     

采用旋转涂膜法制备基底生长的定向碳纳米管阵列

 采用化学气相沉积技术，利用旋转涂膜法制备催化剂基底材料，通过对涂膜过程中的角速度、旋转时间以及基底还原过程中温度的控制改变催化剂颗粒的分布状态，获得了粒径均匀分布的催化剂基底，该基底上催化剂颗粒集中分布在47～62 nm区间，再利用该基底生长出定向碳纳米管阵列。运用扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱仪对样品进行了表征。结果表明旋转涂膜法制备的基底平整性好于普通的滴膜法，且较其它基底制备方法具有简单易控、可使催化剂均匀分散等特点。利用该基底制备的碳纳米管阵列定向性良好。     

化学镀制备镍纳米线/管阵列铂钯催化剂载体

以阳极氧化铝作为模板,用化学镀的方法制备了可以用作铂钯复合催化剂载体的镍纳米线和纳米管阵列,利用置换反应将铂钯复合催化剂沉积在镍纳米阵列材料上．SEM图片表明镍纳米线的平均直径 为100 nm,镍纳米管的平均内径为20 nm． EDS扫描的结果表明铂钯元素均匀地分布在阵列材料上．循环伏安研究发现载有铂钯催化剂的镍纳米管阵列对乙醇氧化的电催化活性明显高于载有铂钯催化剂的镍纳米线阵列．     

面向热界面应用的多壁碳纳米管阵列生长优化

由于杰出的导热和柔韧性能,碳纳米管被认为是提升大功率微电子系统热耗散性能的理想热界面材料。多壁碳纳米管阵列能实现低成本的大规模生产,成为制备热界面材料的最佳选择。但是多壁碳纳米管阵列的生长过程的最优因素尚未廓清。本文从实验上系统研究了催化剂的升华温度对浮动催化化学气相沉积法制备出的多壁碳纳米管阵列结构及热输运的影响规律,得到了最佳的催化剂升华温度,为实现最优导热性能的多壁碳纳米管阵列热界面材料提供实验指导。     

超长定向含铁多壁碳纳米管阵列的制备

采用无模板化学气相沉积法,以二茂铁为催化剂,二甲苯为碳源,利用单温炉加热装置制备了定向碳纳米管阵列。运用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱和X射线衍射仪等对定向碳纳米管阵列的形貌、成分和物相进行细致的分析和表征。结果表明:制得的碳纳米管阵列具有良好的定向性和多壁管状结构,并且石墨化程度高;碳纳米管中除碳元素外,管中包含有少量以纳米颗粒和纳米线形式存在的铁及其化合物,主要成分是铁和碳化铁。结合碳纳米管的制备和透射电子显微镜分析表征结果,认为超长碳纳米管阵列的生长模式为底部生长方式,即经历催化剂分解、催化、成核、长大、中毒、凝聚成粒和连接成线的循环过程,正是由于碳源和催化剂的连续供应促成了碳纳米管阵列的快速定向生长。     

用微米级LaNi5为催化剂生长的碳管的ESR谱研究

用微米级LaNi₅合金粉末为催化剂, 以乙炔为原料, 采用化学气相沉积(CVD)法合成了多壁碳纳米管. 在100~290 K温度下测量了41 μm≤d≤150 μm粒径催化剂制备的不同直径分布的碳纳米管的电子自旋共振（ESR）谱,研究了测量温度、微米级催化剂粒径及制备过程的氢气氛对生成的碳纳米管的ESR谱线型、g因子、线宽的影响. 发现碳纳米管的g因子随其直径的增大而增大,分别为2.040 0（催化剂粒径41 μm≤d≤50 μm, 碳纳米管的直径分布为10 nm到20 nm）和2.089 8（催化剂粒径100 μm≤d≤150 μm,碳纳米管的直径分布为70 nm到120 nm）. 发现小管径纳米管的ESR谱图有一个峰, 而大管径纳米管的ESR谱图有两个峰A和B, 且随测量温度的升高, 峰B强度增大.     

初始温度及碳源对碳纳米管气相爆轰法合成的影响

改变初始温度以及分别使用甲烷和乙炔气体作碳源时气相爆轰合成碳纳米管,研究了初始温度与不同碳源对碳纳米管的影响。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、拉曼(Raman)光谱等对碳纳米管进行表征。结果表明,随着初始温度的升高,所合成的碳纳米管的产量减少且石墨化程度降低,但管壁会变得光滑且管径有所增加。当使用乙炔时,所合成的产物中没有碳纳米管,而是合成了石墨化程度较高的无定形碳,随着催化剂量的增加,产物中碳包覆颗粒增多且包覆层清晰可见,但存在结构缺陷。当初始温度在110~130 ℃时,使用甲烷气体运用气相爆轰的手段是合成碳纳米管的较佳方案。     

微量水对碳纳米管形貌的影响及其机理研究

利用介质阻挡放电等离子体化学气相沉积技术,在蒸镀有25nm Ni催化剂层的Si基片上,以CH₄和H₂作为反应气体,在973K下制备了碳纳米管,并研究了微量水的引入对碳纳米管形貌的影响.场发射扫描电子显微镜结果表明,不加水时,制备出的碳纳米管直径不均匀,分布在40—90nm之间,呈链节状的结构;加入少量水时,制备出的碳纳米管直径比较均匀,集中在70nm左右,表面为瘤状结构;当水的流量进一步增加时,得到的碳纳米管表面光滑,出现了枝状结构.原位测量了加水前后等离子体区的发射光谱,分析了微量水的引入对于碳纳米管形貌变化的影响机理. 关键词： 碳纳米管 介质阻挡放电 水 发射光谱     

刻线镍膜上沉积的碳纳米管场发射特性

利用微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)方法,在刻线的镍膜上沉积碳纳米管膜。通过SEM和拉曼光谱表征,讨论了催化剂厚度、制备温度、反应时间以及甲烷浓度对碳纳米管场发射的影响。结果表明：不同条件下制备的碳纳米管的场发射性能有很大差异,保持氢气的流量(100sccm)不变,当甲烷流量为5sccm、生长时间为5min、催化剂膜厚为150nm、温度为700～800℃时,场发射性能最好,开启场强为1．3V／um,最大发射电流达到6．8mA／cm^3。     

磁场对碳纸上磁电沉积的AuPt颗粒性能的影响

AuPt纳米颗粒是一种催化锂空气电池空气电极上氧气还原反应和氧气析出反应的双功能催化剂．在电沉积制备AuPt颗粒的过程中施加了磁场,恒电流沉积条件下,随着磁场强度的增加,AuPt催化剂颗粒的粒径从1 μm减小到200 nm,同时催化活性增大．垂直于电场方向的磁场有助于提高AuPt/C空气电极的催化能力．使用脉冲电沉积,结晶粒径可减小至约100 nm．通过调节电场和磁场参数,可原位制备具有不同形貌、不同组成和催化性能的AuPt催化剂．     

银纳米粒子修饰三维碳纳米管阵列SERS实验

为了使表面增强拉曼散射(SERS)基底的三维聚焦体积内包含更多的“热点”,能吸附更多探针分子和金属纳米颗粒,以便获得更强的拉曼光谱信号,提出了银纳米粒子修饰垂直排列的碳纳米管阵列三维复合结构作为SERS基底,并对其进行了实验研究。利用化学气相沉积(CVD)方法制备了垂直排列的碳纳米管阵列;采用磁控溅射镀膜方法先在碳纳米管阵列上形成一层银膜,再通过设置不同的高温退火温度,使不同粒径的银纳米粒子沉积在垂直有序排列碳纳米管阵列的表面和外壁。SEM结果表明：在有序碳纳米管阵列的表面和外壁都均匀地负载了大量银纳米粒子,并且银纳米颗粒的粒径、形貌及颗粒间的间距随退火温度的不同而不同。采用罗丹明6G(R6G)分子作为探针分子,拉曼实验结果表明：R6G浓度越高,拉曼强度越强,但是R6G浓度的增加与拉曼强度增强并不呈线性变化;退火温度为450 ℃,银纳米颗粒平均粒径在100～120 nm左右,退火温度为400 ℃,银纳米颗粒平均粒径在70 nm左右,退火温度为450 ℃的拉曼信号强度优于退火温度400和350 ℃。     

碳纳米管制备条件探索及对亚甲基蓝的吸附性能

探索了用气相沉积法制备碳纳米管时,不同温度、催化剂浓度、反应时间对碳纳米管定向性、径向管径、表面性能的影响,结果表明,反应温度750℃、催化剂浓度5g/100mL、反应时间30min是制备碳纳米管的最佳实验条件。在最佳条件下制备碳纳米管并进行对亚甲基蓝吸附的研究,探索了吸附时间、pH、吸附浓度、温度对吸附结果的影响。     

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.     

快速生长超长定向碳纳米管阵列的制备及机理

 采用一种无模板的化学气相沉积法裂解金属有机物,以二茂铁为催化剂,二甲苯为碳源,利用单温炉加热装置在100 min内成功制备了2.7 mm超长定向碳纳米管阵列,生长速率高达27 μm·min^-1。运用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱对定向碳纳米管阵列进行形貌观察和表征,结果表明:制得的碳纳米管阵列具有优越的定向性和管结构,并且石墨化程度高。给出了快速生长超长定向碳纳米管阵列的优化制备条件,结合表征结果讨论了碳纳米管阵列的生长机制,认为超长碳纳米管阵列采用的是一种催化剂固定不动的开口生长方式,碳源和催化剂的连续供应保证了超长碳纳米管阵列的快速生长。     

大电流密度碳纳米管场致发射阴极阵列的研制

 设计了一种由TiN，Al，Fe和牺牲层构成的堆栈式催化剂层结构，采用微波等离子体化学气相沉积法实现碳纳米管阵列高速笔直生长。SEM和TEM结果表明，生长出来的碳纳米管为典型的多壁碳纳米管，长度和直径均匀，排列整齐并垂直于基底，生长速率大于5 μm/min，晶格缺陷少。场致发射测试结果表明：碳纳米管的发射阵列具有良好的电流发射稳定性，最大电流密度大于6 A/cm2。紫外光电子能谱法（UPS）测试出碳纳米管的功函数为4.59 eV，则相应的场致发射陈列的场增强因子大于1 400。