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。     

碳纳米管冷阴极脉冲发射特性及仿真模型研究

针对碳纳米管场致发射冷阴极在微波、毫米波电真空辐射源器件中的应用需求,采用2μs,20 kV的脉冲高压对碳纳米管场致发射冷阴极的脉冲发射特性进行了实验研究.通过改变阴阳极间距,对碳纳米管冷阴极发射电流特性及发生脉冲高压打火后的碳纳米管冷阴极发射特性进行了测试研究.在直径为4 mm的圆形平面碳纳米管冷阴极上获得最大发射电流16 mA,电流密度为127 mA/cm~2.以实验测试数据为基础,结合粒子模拟软件建立碳纳米管冷阴极场致发射仿真模型,给出了该仿真模型的相关参数,为下一步设计研制碳纳米管冷阴极电子光学系统及相关辐射源器件奠定基础.     

碳纳米管的多光谱兼容衰减特性研究

重点研究碳纳米管的紫外-可见-红外多光谱兼容衰减特性。在傅里叶变换红外光谱、紫外-可见光谱分析、激光散射、电子显微镜(SEM)等现代分析技术的基础上阐述了碳纳米管的添加剂、质量浓度、结构与多光谱兼容衰减特性的密切联系,并探讨了调控多光谱衰减的新原理和新技术。结果表明,不同结构和浓度的碳纳米管流体的紫外-可见光谱差别很大。质量浓度为0.04 g·L-1时,粒径为30～50 nm的碳纳米管样品在265 nm紫外衰减的消光系数为7.825 m2·g-1,透光度为4.4%,紫外吸收光谱衰减为90%以上。验证了样品吸光度和碳纳米管的质量浓度是线性相关的。该碳纳米管在红外光谱范围的兼容衰减特性良好,碳纳米管薄膜厚度为0.1 mm时,测量光路中碳纳米管的质量为0.349 mg,粒径为30～50 nm碳纳米管与液体石蜡复合样品在4.0～6.25 μm和7.0～16.7 μm红外吸收光谱衰减在90%以上。     

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.     

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。     

3ω法测量单根碳纤维导热系数和热容

考虑环境热损失,建立了单根碳纤维沿轴向的导热方程,得到了碳纤维热参数与交流加热信号的频域特性之间的关系.建立了适用于微细导电线或丝的3ω测试系统.利用3ω方法同时测量了单根碳纤维沿轴向的导热系数和热容.在室温下测量了Pt丝的导热系数和热容,验证了建立的实验系统的合理性,利用该方法测量的直径为7 μm单根碳纤维沿轴向的导热系数和热容分别为84.35 W·m-1·K-1和1.19 MJ·m-3·K-1.给出了实验测量的不确定度分析.建立的实验系统可用于单根碳纳米管或导电纳米线热参数的表征.     

垂直生长碳纳米管阵列法向导热系数测量

本文使用3-omega方法对一种由垂直于石英玻璃表面生长的碳纳米管阵列组成的界面材料法向导热系数进行了测量。针对样品结构,提出一种一维简化模型,使用了等效热抗的概念对实验数据进行拟合,计算得到室温条件下(300K)本实验所用样品的导热系数约为17 W/(m·K)。分析了可能造成碳纳米管阵列导热系数偏小的各种因素。     

Kondo效应对磁杂质碳纳米管电输运特性的影响

从碳纳米管中Kondo效应的影响出发, 在有限温度下采用Anderson模型表征碳纳米管/磁杂质系统, 利用Landauer公式对磁杂质碳纳米管的电导和热电势进行研究, 得出和实验结果一致结论. 关键词： Kondo效应 碳纳米管 电输运特性     

开口悬挂端对单壁碳纳米管电子输运特性的影响

采用紧束缚模型研究了悬挂端对单壁碳纳米管电子输运特性的影响.结果表明：有限长悬挂端开口碳纳米管的电导在费米能级附近作周期性振荡.椅型(armchair)碳纳米管的振荡同时具有快、慢两个准周期，而锯齿型(zigzag)碳纳米管的振荡仅有一个周期；碳纳米管电导在费米能级附近的振荡周期随着悬挂端的增长而减小.研究还发现：有限长悬挂端开口碳纳米管的平均电导随探针与碳纳米管间耦合强度的增加而增大，其大小约为无限长悬挂端开口碳纳米管平均电导的两倍. 关键词： 输运特性 碳纳米管 紧束缚模型     

碳纳米管光学天线的有效波长和谐振特性

将经典金属自由电子气模型应用于金属型碳纳米管, 基于光学天线有效波长理论, 得出了金属型碳纳米管光学天线响应的有效波长与碳纳米管介电特性之间的普适关系. 在对碳纳米管介电特性进行第一性原理计算的基础上, 以金属型4 Å碳纳米管为例, 进一步研究了金属型碳纳米管光学天线响应的有效波长与入射波长之间的关系, 以及金属型碳纳米管光学偶极子天线的谐振特性. 通过将已有传统金属光学天线和碳纳米管天线有效波长的研究结果进行对比, 验证了本文理论的正确性. 结果表明, 碳纳米管光学天线响应的有效波长与入射波长呈近似线性关系, 与传统金属材料构成的同直径光学天线相比, 碳纳米管天线显示出了更强的波长压缩能力, 并且在可见光到红外波段内易于发生谐振. 该研究方法可为碳纳米管光学天线研究提供新的思路.     

基于扫描电子显微镜的碳纳米管拾取操作方法研究

碳纳米管场效应管是未来纳米器件的发展方向,而制造纳米器件的前提是拾取碳纳米管,基于扫描电子显微镜(SEM)的微纳机器人操作系统能够实现碳纳米管拾取操作.本文建立拾取操作中碳纳米管与原子力显微镜(AFM)探针间范德瓦耳斯力力学模型,不同接触状态下范德瓦耳斯力越大越有利于拾取碳纳米管.在SEM视觉反馈图像中建立相对坐标系,首先提出倾角变值方法检测碳纳米管与AFM探针的接触状态,然后运用动态差值方法识别碳纳米管与AFM探针空间位姿并校正碳纳米管位姿,最后自下而上拾取碳纳米管.实验结果表明:拟合直线倾角变值较大时碳纳米管与AFM探针发生接触,动态差值变化为零时碳纳米管与AFM探针为空间线接触,在完全线接触模型下选择合适的接触角度、接触长度和拾取速度能够成功拾取碳纳米管.     

微细管碳纳米管悬浮液强制对流换热实验研究

测量了水平微细圆管内蒸馏水和不同质量浓度的水基多壁碳纳米管纳米流体在低雷诺数下的强制对流换热特性。实验结果表明,与蒸馏水相比,纳米流体的对流换热系数显著提高,且随质量浓度和管内雷诺数的增大而增大;并且研究了流体管内流动阻力特性,得到的泊肃叶数f·Re值随着雷诺数的变化不明显,但纳米流体的f·Re值要明显小于纯水。     

荧光光谱法研究共存碳纳米管对牛血清白蛋白与加替沙星相互作用的影响

在模拟生理条件下,用荧光光谱法研究了碳纳米管对牛血清白蛋白和加替沙星荧光光谱特性的影响以及有无碳纳米管共存时加替沙星对牛血清白蛋白荧光光谱特性的影响.实验结果表明,加替沙星和碳纳米管都可以使牛血清白蛋白的荧光强度发生静态猝灭.在碳纳米管的存在下,加替沙星与牛血清白蛋白的结合作用有所减弱.Stern-Volmer荧光猝灭...     

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。     

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。     

碳纳米管在大气压环境中的场致发射特性

研究了在大气压环境下,单根碳纳米管作为场致发射阴极,与阳极间距为100—200 nm时的场致发射特性.对比了碳纳米管在不同阴阳极间距和不同气体环境中的场致发射电流和噪声的特点. 关键词： 碳纳米管 场致发射 大气压     

多壁碳纳米管中的多通道弹道输运特性

借助于扫描电子显微镜中可移动金属探针的测量系统,实现了探针电极与W衬底上生长的单根多壁碳纳米管一端的完美接触.研究了单根多壁碳纳米管室温下的电输运特性,发现多壁碳纳米管具有非常高的电流承载能力.对于直径100nm的碳纳米管,其电阻为34.4Ω,流经碳纳米管的最大电流可达7.27 mA,对应的电导为 460—490G0 .这一实验结果表明,大直径的多壁碳纳米管在室温下可以实现多通道弹道输运,是未来纳电子器件与电路的理想互联导线.     

用散粒噪声测量碳纳米管中Luttinger参数

将碳纳米管的载流子输运用基本电荷为ge的Fermi液态模型描述，利用散射理论计算出纳米管中的零频率散粒噪声，在绝对零度下，存在一个强势垒的碳纳米管的散粒噪声为2geI.提出了一种测试纳米管Luttinger参数的新方法：在纳米管上形成一个强势垒，通过测试其散粒噪声，就可以计算出g因子. 关键词： 碳纳米管 Luttinger参数 散粒噪声 散射理论     

高热流密度下悬架单壁碳管的热量传递特性

极高热流密度条件下导热机理的探索对于纳米器件的发展具有指导意义。本文在173.2 K至室温之间,利用拉曼光谱测量了高热流密度加热条件下悬架单根单壁碳纳米管的温度分布.实验中最大热流密度达到3.18×10~(11)W/m~2.利用傅里叶导热定律和理论公式估计得到碳管的最大热导率为3486.9 W·m~(-1)K~(-1),与文献值吻合,证明在实验中的极高热流密度条件下,傅里叶导热定律依然适用.     

用场发射显微镜研究单壁碳纳米管场发射

利用场发射显微镜在小于4.0×10-7Pa压强条件下研究了单壁碳纳米管微束在不同温度加热除气后的场发射变化,得出随着除气温度的升高,碳纳米管逸出功经历了从大到小再变大的变化过程.在清洁态(1000℃除气)对应有最小的逸出功,此时场发射图像显示出一定的细致结构.继续升高温度,碳纳米管发生塌缩.