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.     

基于碳纳米管分子封装的一维电子波函数扫描

利用第一性原理,设计并研究了一类基于单臂碳纳米管的分子封装的分子体系．计算表明,半环葫芦脲类化合物可有效封装碳纳米管,引入微弱的分子间相互作用,对碳纳米管的电子态能级结构分布 仅带来微弱影响．半环葫芦脲分子与碳纳米管在管径方向的一维电子态波函数充分耦合,进而有效改变了一些前沿分子轨道的波函数在管径两头的分布以及相应的电子布居浓度．基于电子输运的模拟,发现半环葫芦脲分子在碳纳米管一维方向滑动时的某个电压下的电导变化可准确反映电子态波函数在相应分子导电通道上的一维分布信息．     

(n,n)-(2n, 0)碳纳米管异质结的扭转力学特性

相近直径的锯齿型和扶手椅型碳纳米管可以共轴组合形成5-7碳环交替出现的柱形对称异质结. 本文利用分子动力学方法研究了直径相近且等长锯齿型和扶手椅型碳纳米管形成的(n, n)-(2n, 0)结在扭转过程中的扭矩和轴向应力随扭转角度的变化规律以及应力传递过程. 研究发现, (n, n)-(2n, 0)结扭转应变在达弹性限度内不会产生轴向应力, 该效应对基于碳纳米管扭转特性的纳米振荡器件的设计具有重要意义.     

异质结碳纳米管的热整流效率

采用非平衡分子动力学方法, 通过分别控制异质结碳纳米管管径、手性和平均温度的方式研究了异质结碳纳米管的热整流效应. 研究表明, 随着异质结碳纳米管两端几何不对称性的增强, 其热整流效率会随之上升, 而异质结碳纳米管两端的手性的改变和夹角的大小都会对热整流效率产生一定的影响. 热整流效率会随着碳纳米管平均温度的上升而下降. 研究异质结碳纳米管热整流效率对于热二极管、碳纳米散热元器件等潜在应用价值有理论指导作用.     

激光诱导铝基碳纳米管薄膜及场发射性能

结合电泳沉积和激光纳米焊接技术在常温下成功制备了铝基单壁碳纳米管(SWCNTs-Al)薄膜。首先,将单壁碳纳米管电泳沉积到铝片基底上,再使用皮秒脉冲激光构建二者的可靠连接。对SWCNTsAl薄膜进行场发射性能测试,开启电压从焊接前的5.1V/μm降低到2.1V/μm,发射电流密度显著提高且更加稳定。这主要是激光纳米焊接后界面接触阻抗减小,场致电子发射更容易实现的结果。基于SWCNTs-Al薄膜的表面形貌图和场发射性能测试结果,确定了最优的激光纳米焊接参数。     

碳纳米管阵列水渗透性质的研究

碳纳米管阵列组成的碳纳米管分子膜在生物学分子器件等方面有重要应用. 本文利用分子动力学方法计算研究水分子对(11, 11)碳纳米管阵列的渗透过程. 结果发现, 只有当阵列间隙面积大于57.91 Ų时, 水分子才能进入阵列间隙中, 并揭示了碳管内部、阵列间隙内水分子结构随相邻碳管间距变化的演化趋势以及管内外水分子电偶极矩的分布特性.     

基于柔性碳纳米管压阻膜的无线加速度检测系统

通过对加速度检测的重大意义进行分析,得出了加速度检测仪的价值和意义,介绍了本系统的设计思路和应用前景。传感器采用了基于纳米技术的碳纳米管薄膜感应前端,拓宽了传感器设备的研发领域,同时应用无线传感技术,使系统进一步实用化。最后介绍了本系统的实验情况,以及具体应用的效果。     

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.     

硼原子掺杂对碳纳米管吸附Ne原子影响的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)和局域密度近似(LDA)方法,优化计算得到碳纳米管(CNT),硼原子取代碳原子及其吸附氖原子前后系统的几何结构,能量,电子能带和态密度.结果显示,碳纳米管的能带结构与石墨的层状几何结构相似,能量的变化只在kz=0和kz=0.5平面之间沿着c轴方向出现.B原子取代C原子使价带和导带分别分裂为两个和三个能带.对Ne原子的吸附使价带能量沿着c轴方向升高并导致Fermi面附近的态密度下降.Ne原子的吸附在谷位H最稳定,顶位A其次.C-C间σ键的弯曲使Ne原子吸附在桥位b1比桥位b2处更为稳定.Ne原子在管外的吸附均为放热过程,而管内则为吸热过程.结构分析表明Ne原子对C原子有排斥作用,对B原子却具有吸引作用.B原子取代C原子的位置略凸出于CNT的管壁之外,使Ne原子的吸附能增加.     

形变碳纳米管中水的输运行为研究

水分子通过碳纳米管的运输行为对认识生命的新陈代谢活动、海水淡化和纳米运输器件有着重要的参考作用.本文通过分子动力学的方法研究了水分子通过形变碳纳米管的运输行为,即椭圆柱状碳纳米管的离心率e对管内水分子输运的影响.结果发现椭圆柱状碳纳米管的离心率对管内水分子的偶极矩概率分布、径向函数分布和流量有重要的影响作用.分析认为碳纳米管的形变使管内水分子的偶极矩态及其运输状态发生变化;同时也发现在一定范围内通过改变碳纳米管的形状能起到分子开关的作用.