碳纳米管膜的高温纯化研究

为了获得纯度更高的碳纳米管膜, 保证材料发热稳定性, 需要对通过化学气相沉积法得到的碳纳米管膜进行二次纯化. 通过使用高温纯化炉, 在真空状态下, 从1700℃到3200℃分7挡温度对碳纳米管进行纯化, 并对其含碳量和方块电阻进行比较. 结果表明, 高温纯化后的碳纳米管膜含碳量从95.0%提高到99.9%, 解决了含碳量低的问题. 同时, 在高温纯化中发现碳纳米管膜方块电阻从纯化前3Ω降低到0.5Ω, 方块电阻的降低对碳纳米管膜具有十分重要的意义, 同样对碳纳米管膜后续产品的开发也有重要作用.     

基于自组装膜的光纤错位型氨气传感器

演示了一种基于单壁碳纳米管（SWCNTs）-聚合物自组装复合膜的光纤错位型氨气传感器。通过层层自组装技术在高Q谐振器上涂覆薄膜，薄膜上存在大量的游离羧基以及较大的比表面积，这提供了光与薄膜之间的强相互作用，以及对氨气的高吸附性和选择性。光谱随氨气浓度影响的有效折射率而变化。在(10～37) ×10?6的低浓度范围内，光谱变化与氨气浓度差之比即灵敏度为13.25 pm/10?6，检测极限为3.77 ×10?6并且具有良好的线性。这项工作研制为低浓度和高选择性氨气传感器提供了一种有效的方法。     

氧化石墨烯/多壁碳纳米管负载金铂核壳纳米粒子构建一种三维新型抗坏血酸电化学传感器

该文采用涂覆的方式构建了一种用于灵敏检测抗坏血酸(AA)的电化学传感器。先将多壁碳纳米管(MWCNTs)和氧化石墨烯(GO)混合悬浮液修饰在玻碳电极(GCE)表面,修饰的GO可有效防止MWCNTs聚集,再将具有良好电催化性能的金铂核壳纳米粒子(Au@Pt NPs)修饰在GO/MWCNTs电极上,层层组装构建形成GO/MWCNTs/Au@Pt NPs/GCE三维新型抗坏血酸电化学传感器。该修饰电极在磷酸缓冲溶液中对AA显示了较宽的线性范围和极低的检出限,氧化峰电流与AA浓度在0.005～0.5μmol/L和0.5～1 000μmol/L范围内呈良好的线性关系,相关系数均为0.999,检出限(S/N=3)为4×10~(-9) mol/L,稀释人体血清样品的加标浓度为0.01、0.1、10μmol/L,回收率为90.9%～108%,相对标准偏差(RSD,n=3)为1.2%～2.8%。该修饰电极对AA具有良好的选择性,可有效排除多巴胺、尿酸、葡萄糖等生物小分子的干扰。方法简单、高效、灵敏,可用于临床实际检测。     

碳纳米管的可控长度拾取及导电性分析

拾取指定长度的半导体性碳纳米管对大规模制造碳纳米管场效应管具有重要意义.本文提出了一种利用原子力显微镜探针和钨针对碳纳米管进行可控长度拾取的方法并进行了碳纳米管导电性分析.在扫描电子显微镜下搭建微纳操作系统,针对切割操作过程中原子力显微镜探针、钨针和碳纳米管的接触情况进行了力学建模和拾取长度误差分析.建立了单根金属性碳纳米管、单根半导体性碳纳米管及碳纳米管束与钨针接触的电路模型,推导了接入不同性质碳纳米管后电路的电流电压特性方程.使用原子力显微镜探针对碳纳米管的空间位姿进行调整,控制钨针对碳纳米管上目标位置进行通电切割,同时获取切割电路中的电流电压数据.实验结果表明,本文提出的方法能够有效控制所拾取碳纳米管的长度,增加碳纳米管与原子力显微镜探针的水平接触长度能够减小碳纳米管形变导致的拾取长度误差,建立的电流电压特性方程能够用于分析碳纳米管的导电性.     

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。     

碳纳米管薄膜的制备及其在柔性电子器件中的应用

近年来,柔性电子器件的发展日新月异。以碳纳米管为代表的碳纳米材料,尤其是其组装成的宏观结构碳纳米管薄膜具有良好的柔性和优异的导电性,且具有化学稳定、热稳定、光学透明性等优点,在柔性电子领域展现了极大的应用潜力。本文简要综述了近年来碳纳米管薄膜在柔性电子器件领域的研究进展。首先详细介绍了碳纳米管薄膜的两类主要制备方法,分别为干法制备和湿法制备;继而介绍了碳纳米管薄膜在多种柔性电子器件的组装、性能与应用方面的最新研究进展;最后总结了碳纳米管薄膜基柔性电子领域的发展现状,并讨论了该领域所面临的挑战及其未来前景。     

基于裂开型核酸适体非标记荧光法检测ATP

基于裂开型核酸适体序列短、能有效降低因探针形成二级结构产生假阳性信号等优点，选择裂开型核酸适体作为特异性识别探针，核酸染料噻唑橙（TO）为信号探针，用单壁碳纳米管（SWCNTs）降低背景信号，利用“适配体-目标分子-适配体”的“三明治”夹心方式，建立了一种检测ATP的新方法。在pH 8.0的Tris-HCl缓冲溶液中，裂开成两段的ATP适体特异性识别ATP分子，生成稳定的“适配体-ATP-适配体”复合结构。单壁碳纳米管对该复合结构的吸附力较弱，因此该复合物游离在溶液中，TO与其结合而产生强荧光。当不存在ATP时，核酸适体探针以单链状态存在，可通过π-π共轭作用结合到SWCNTs表面，进而不能与TO结合，TO游离在溶液中荧光非常微弱。反应体系中ATP浓度越高，形成的“适配体-ATP-适配体”夹心识别结构复合物越多，检测到的荧光强度越大，据此实现对ATP的检测。在优化实验条件下，在最大荧光发射波长550 nm处，ATP的浓度在9.0×10-9～1.0×10-7 mol·L-1范围内与ΔF/F₀值成线性关系，r=0.996 4。该方法加标回收率为95.2%～104%，相对标准偏差（RSD）为1.02%～4.54%，检出限达到2.67×10-9 mol·L-1。该方法基于功能核酸对目标物亲合力强、选择识别性高的特点，对ATP的检测表现出很好的选择性，实验结果表明，当相对误差控制在±5%以内时，200倍的UTP，GTP和CTP均不干扰ATP的测定。另外，该方法操作简单、快速、无需标记、灵敏准确，可用于血清样品中ATP的测定，在快速检测小分子物质领域中有较好的应用前景。     

高响应度倍增型碳纳米管-有机红光探测器

采用溶液旋涂方法将单壁碳纳米管与有机红光材料结合并制作出红光探测器,研究了单壁碳纳米管对PBDTTT-F∶PCBM本体异质结活性层薄膜的影响机理及其红光探测器的光电特性.利用原子力显微镜,荧光光谱和紫外-可见吸收光谱等方法对器件进行性能表征及优化.当单壁碳纳米管为最优掺入比1.5wt%时,在-1V偏置电压时,红光光照下该探测器响应度为535mA/W,比探测率达到3.8×1012 Jones,外量子效率达到104%.结果表明,将单壁碳纳米管与有机红光材料结合,有利于提高有机共轭聚合物的聚集以及结晶度,增强光吸收,可为活性层提供高迁移率的电荷传导通道,优化薄膜互穿网络形貌.同时,利用碳纳米管的多激子产生效应,使得有机光电探测器的光电性能大大改善,外量子效率超过100%,为无机-有机光电探测器的进一步开发提供参考.