取向碳纳米管/硅纳米线复合阵列的制备

在阳极氧化铝模板(AAO)的取向微孔内, 利用化学气相沉积(CVD) 技术首先制备了两端开口高度取向的碳纳米管阵列, 再在碳纳米管中间的孔洞内沉积硅纳米线, 成功制备了碳纳米管/硅纳米线(CNTs/SiNWs)核鞘复合阵列结构. 用SEM, TEM, XRD等仪器分析了CNTs/SiNWs核鞘复合阵列和沉积在碳纳米管孔洞内的硅纳米线的生长特性和晶体结构, 利用I-V关系和Fowler-Nordheim方程研究了其场发射(FE)特性, 用荧光光谱分析仪分析了复合阵列的荧光(PL)特性. 证明了模板法制备的CNTs/SiNWs核鞘复合阵列结构可用来制作具有金属/半导体(M/S)特性的纳米PN结, 该复合阵列结构也使SiNWs包覆在CNTs惰性鞘内, 可防止SiNWs在空气中的进一步氧化. 制备出的CNTs/SiNWs核鞘复合阵列结构生长方向高度有序, 直径和长度易于控制, 极少产生其他制备方法中出现的纳米结构弯曲和相互缠绕现象.     

铬酸及硝酸混合液处理以增强碳纳米管场发射

为了修饰碳纳米管(CNTs)的表面型态及改变碳纳米管的表面结构, 进一步增强碳纳米管的场发射特性, 使用铬酸及硝酸的混合溶液对碳纳米管进行后处理. 采用SEM、TEM、Raman 和EDS测试手段对样品的形貌、表面成份组成和微观结构特征进行了表征. 场发射(FE)的数据显示, 经过铬酸及硝酸的混合溶液处理20 min的碳纳米管场发射电流比未经任何处理的碳纳米管场发射电流明显增加一个数量级以上, 场发射电流增强的主要原因为样品上的碳纳米管的表面型态的改变, 造成碳纳米管场发射增强因子茁的增大. 与单独使用硝酸溶液后处理比较, 使用铬酸及硝酸的混合溶液对碳纳米管进行后处理可以得到较高的场发射电流及较低的起始电场. 铬酸及硝酸的混合溶液处理方法能经济且有效增强碳纳米管的场发射特性.     

具有交联网络的碳纳米管阵列导热材料

垂直碳纳米管阵列(VACNT)中相邻碳纳米管的相互作用较弱,导致其水平热导率较低。通过化学气相沉积法在VACNT内部生长了随机取向的次级碳纳米管,次级碳纳米管在VACNT中形成交联网络,增强了VACNT的水平热导率。理论模拟分析表明,次级碳纳米管能够对集中的热量进行分散传导,从而有效调控碳纳米管阵列沿水平方向的热导率。实际测试结果表明,二次生长时间为30 min的碳纳米管阵列具有较为致密的网络结构,其密度为0.149 g/cm³,相比于VACNT的密度(0.118 g/cm³)提升了26.3%;其垂直热导率和水平热导率分别高达10.9 W/(m·K)和7.8 W/(m·K),水平热导率比VACNT的水平热导率提升幅度达231.6%。     

不同结构碳纳米管的电磁波吸收性能研究

研究了单壁、多壁碳纳米管(聚团状、阵列状)以及未纯化与纯化后碳纳米管在2～18 GHz范围内的电磁波吸收性能. 通过测定不同结构碳纳米管粉体的介电常数以及磁导率, 得到损耗因子及衰减常数大小顺序为: 阵列状多壁碳纳米管>原生聚团状多壁碳纳米管>纯化聚团状多壁碳纳米管>原生单壁碳纳米管>纯化后单壁碳纳米管. 相比多壁碳纳米管, 单壁碳纳米管衰减常数随频率变化较小, 且具有较宽的吸收峰. 模拟计算和实验测试结果都表明, 碳纳米管/聚合物复合材料具有优良的电磁吸波性能.     

水平阵列碳纳米管的可控制备及优异性能

水平阵列状碳纳米管是指利用化学气相沉积法在平整基底上制备的沿基底形貌或气流定向、平行排列、能够达到毫米级甚至厘米级以上长度的碳纳米管类型.水平阵列碳纳米管遵循自由生长的模式,缺陷很少,能够体现出碳纳米管本征的优异性能,是透明显示、微电子、超强纤维以及航空航天等领域的尖端基础材料.本文总结了水平阵列碳纳米管近年来的相关进展,并对其生长机理、结构可控制备、光学可视化技术、可控操纵技术、力学、电学及热学方面的优异性能,以及管壁间的超润滑现象等方面的进展进行了评述.目前,水平阵列碳纳米管可以达到半米以上的长度,并且具有完美的结构和优异性能,从而使其具有广阔的应用前景.同时,本文也对碳纳米管水平阵列密度过低的机理进行了分析,并对实现其批量制备的方法和未来发展进行了展望.     

液相法制备取向ZnO纳米线阵列的场发射特性(英文)

采用水热合成工艺,在不同条件下制备了不同的一维取向ZnO纳米线阵列样品.用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)对样品的晶体结构和形貌等进行了表征,对样品的场发射特性进行了分析和比较,并用Fowler-Nordheim方程对影响ZnO纳米线场发射的因素进行了研究.结果表明,具有较低生长密度分布、较高的长径比和较尖锐生长端的ZnO纳米线阵列样品具有较好的场发射特性.     

碳纳米管阵列电极的构建及电化学研究

本文提出一种改进的氧化铝模板法制备碳纳米管阵列电极:首先结合气相化学沉积和磁控溅射在氧化铝模板中制得碳纳米管阵列电极,然后用HF溶液将沉积了碳纳米管的氧化铝模板阻挡层除去,控制溶出时间即可得到不同溶出长度的碳纳米管阵列电极.循环伏安测试表明,锂离子在该阵列电极中的嵌入脱出反应主要发生在碳纳米管的端口处.此外,还应用固定频率交流阻抗法,研究了不同溶出时间的碳纳米管阵列电极的电容性质.     

聚合物辅助碳纳米管定向定位排列

探讨了聚合物对碳纳米管的不同表面修饰作用,总结了聚合物对碳纳米管的共价与非共价修饰方法,修饰后的碳纳米管在水溶液或不同极性有机溶剂、聚合物本体中的分散性得到了改善,更为碳纳米管的阵列化提供了前提.以碳纳米管的后排列为中心,主要综述了聚合物辅助下的碳纳米管垂直和水平方向上的定向排列方法,及近年来碳纳米管阵列化的研究进展,阐述了聚合物对碳纳米管的表面修饰及辅助碳纳米管实现阵列化的重要作用,提出了利用聚合物体系的自组织特性诱导碳纳米管自组装阵列化可以为实现单根碳纳米管的定向定位控制及纳米尺度功能器件的制备提供更多的可能.     

碳纳米管基气体传感器研究进展

碳纳米管具有灵敏度高、响应快和工作温度低等优异的气敏特性,近年来碳纳米管基气体传感器的研究成为研究热点.概述了碳纳米管基气体传感器的种类、结构特点、气敏性能和未来的发展方向,着重介绍了纯的碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和碳纳米管阵列的气敏特性,以及碳纳米管的修饰或碳纳米管与高分子材料、氧化物等复合对其气敏性能的影响.     

大面积N-掺杂定向碳纳米管阵列的制备与表征

采用无模板的化学气相沉积(chemical vapour deposition，CVD)法，以二甲苯和乙二胺为反应物，二茂铁为催化剂，以石英玻璃为衬底，制备了大面积、垂直于石英衬底生长、掺杂N的定向碳纳米管阵列。扫描电镜检测表明制备的定向碳纳米管阵列具有很好的定向性，而且管身平直。高分辨透射电镜的检测表明制备的碳纳米管具有较好的石墨化程度和较高的纯度，首次在碳纳米管内腔中发现了原位生长的“类富勒烯”结构。拉曼光谱的检测表明制备的定向碳纳米管阵列中含有大量的单壁碳纳米管。X射线光电子能谱检测表明N原子成功地被掺进了碳纳米管中，而且N原子的百分比随着碳源中N原子浓度的增加而增加，当碳源中n_C∶n_N比为1∶1的时候，在掺杂的碳纳米管中N原子的物质的量分数可以达到2.51%。     

超细氢氧化亚镍的溶胶凝胶法制备及其准电容特性

以聚乙二醇为抑制剂,采用溶胶凝胶法制备了粒径小于200 nm且具有链珠状特殊形态的超细氢氧化亚镍电极材料.伏安特性测试和电化学阻抗测试表明在氢氧化亚镍中掺加适量碳纳米管可以显著改善电极材料的容量特性和阻抗特性,其中碳纳米管质量分数为20％的复合电极其比电容量可以达到320 F&;#8226;g^－1.采用复合电极作为正极,活性炭电极作为负极组成的复合型电化学电容器最大工作电压可以达到1.6 V,具有良好的容量特性和大电流放电特性.恒流充放电测试证明复合型电化学电容器具有高能量密度及高功率放电特性,电容器的峰值功率密度为8.6 W&;#8226;g^－1.当以0.88 W&;#8226;g^－1功率放电时,电容器能量密度可达20.11 W&;#8226;h&;#8226;kg^－1, 当采用3.46 W&;#8226;g^－1的高功率进行放电时,复合型电容器的能量密度仍然能够达到11.11 W&;#8226;h&;#8226;kg^－1.     

低压下酞菁裂解法制备定向碳纳米管阵列

在低压条件下以酞菁铁为原料, 采用独立双温控加热系统在石英玻璃基底上气相沉积制备了大面积准直性好和管径均匀的碳纳米管. 利用扫描电子显微镜(SEM/FESEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了定向碳纳米管的生长形态和结构. 详细讨论了系统真空度、反应温度、气体流速及氢气和氩气的体积比例等参数对碳纳米管生长的影响, 并测试了该碳纳米管的场发射性能及超电容性能.     

活性碳纳米管的制备及其在有机电解液中的电容性能研究

以KOH为活化剂对碳纳米管进行化学活化制备双电层电容器用高比表面积活性碳纳米管. 采用TEM和N₂吸附法表征活性碳纳米管的结构, 采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等评价其在1 mol•L^－1 Et₄NBF₄/PC中的电容性能. 随活化剂用量增大、活化温度升高和活化时间的延长, 活性碳纳米管的比表面积和比电容都呈增大的趋势. 活化剂用量为3∶1, 800 ℃活化4 h制备的活性碳纳米管的比表面积663 m²•g^－1, 比活化前提高了3倍, 其比电容达57.2 F• g^－1, 比活化前提高了2倍. 将活性碳纳米管的比电容与其比表面积相关联, 发现两者之间具有非常好的线性关系, 并分析了原因.     

活化和表面改性对碳纳米管超级电容器性能的影响

用KOH为活化剂对碳纳米管（CNTs）进行活化；用浓硝酸为氧化剂对活化CNTs进行表面改性.通过TEM、BET和IR对经过活化和表面改性的CNTs进行了分析,并运用循环伏安和恒流充放电测试研究了活化和表面改性对CNTs超级电容器性能的影响.结果表明,通过活化使CNTs的比表面积增大,从而使其比电容从未活化时的43 F•g－1提高到73 F•g－1；通过表面改性引进赝电容,使电容器的比电容进一步提高到94 F•g－1.     

合成甲醇的催化剂Rh-ZnO/MWNTs的研究

研究新型的由多壁碳纳米管(MWNTs)负载的， ZnO助催的铑基甲醇合成催化剂. 当铑含量达到4％(w)时，催化剂具有较高的比表面积(99.6 m2•g－1), 催化剂的反应活化能为68.8 kJ•mol－1.在563 K, 1 MPa下，催化剂的最高催化活性和甲醇选择性分别为411.4 mg/gcat.•h和96.7％. TEM、TPR和TPD等表征结果显示，碳纳米管能增加Rh在催化剂表面的分散度，提高催化剂的还原温度并能增加氢物种的吸附量，这些结果将有助于更好地了解催化剂中各组分间的协同作用和催化活性中心本质.     

丝印电极法体外筛选黄嘌呤氧化酶抑制剂方法研究

建立丝印电极快速筛选黄嘌呤氧化酶(XO)抑制剂的新方法. 利用丝网印刷技术制作一次性使用的丝印碳糊电极, 采用吸附法将羧基化的多壁碳纳米管(MWNTs)修饰在电极表面, 建立测定尿酸(UA)的简单快捷的计时电流分析方法, 将该法应用于XO抑制剂的体外筛选. 在0.3 V (vs. Ag/AgCl)的工作电位下, UA在MWNTs修饰的丝印电极上产生灵敏的响应电流, 响应时间30 s, 测定UA的线性范围为2～300 μmol•L^－1, 线性方程为Y (μmol•L^－1)＝43.8240X (μA)－0.1592, r＝0.9998, 最低检出限为1 μmol•L^－1. 用该法对4种中药水提物进行了筛选, 相对空白对照组, 桑寄生500 μg•mL^－1浓度组有显著性差异. 该法简单、快速, 电极制作成本低, 所需仪器简单, 适用于体外大量筛选XO抑制剂.     

聚3-辛基噻吩/MWNTs复合材料的导电性能研究

采用在氯仿溶液中超声共混, 制备聚3-辛基噻吩(P3OT)和多壁碳纳米管(MWNTs)复合材料. 当MWNTs掺杂量为3%时复合材料的电导率为1.43 S•m－1, 达到纯MWNTs的电导率水平. 用FTIR光谱, TG, UV-Vis光谱, XPS和FESEM进行研究分析, 认为MWNTs的离域电子与P3OT主链上的π电子之间形成π-π共轭, 增加了P3OT主链的有效共轭度, 被掺杂的P3OT具有很高的电导率, 提高了复合材料的导电性能. MWNTs与被掺杂的P3OT组成相对独立的导体单元, 对复合材料的导电网络形成起着主要作用.     

辣根过氧化物酶修饰电极在离子液体[EMIM]BF4中的直接电化学

将壳聚糖(Chi)-辣根过氧化物酶(HRP)-多壁碳纳米管(MWCNTs)的复合物修饰在玻碳电极(GCE)表面, 制备了HRP修饰电极(Chi-HRP-MWCNTs/GCE), 并将其用于在亲水性离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸([EMIM]BF4)中HRP的直接电化学研究. 紫外可见光谱和红外光谱表明, HRP在复合物内保持了其原始构象. 电化学研究表明, 该修饰电极在[EMIM]BF4中的循环伏安图上出现了一对峰形良好、几乎对称的氧化还原峰, 式量电位为－0.247 V (vs. Ag/AgCl), 说明包埋在Chi-MWCNTs中的HRP与电极之间发生了直接电子传递; HRP在电极表面直接电子转移的速率常数ks为3.12 s－1; 在65 ℃的[EMIM]BF4中HRP仍然保持其活性; HRP修饰电极对过氧化氢的还原具有电催化作用, 其表观米氏常数Km为5.6×10－5 mol•L－1, 催化电流与过氧化氢浓度在5.0×10－7～5.0×10－5 mol•L－1范围内呈线性关系, 检出限为2.0×10－7 mol•L－1. 该研究为非水相生物传感器的构制提供了一种新途径.     

氧化钌/活性炭超电容器复合电极的电化学行为

电化学超电容器作为一种新一代储能系统具有广泛的应用领域. 直流充放电、循环伏安以及交流阻抗等实验显示了本文制备的活性碳材料以及复合电极材料具有良好的电化学性能.活性碳材料的质量比容量为172 F•g－1,采用无定形RuO2与上述活性碳复合制成的新型电极材料具有359 F•g－1以上的比容量和良好的功率特性，并对上述材料的双电层电容和法拉第准电容等电化学特性进行了详细的讨论.     

单壁碳纳米管氧化过程的银纳米粒子跟踪

基于银与羧基之间的相互作用，利用银纳米粒子跟踪稀硝酸氧化单壁碳纳米管的过程.通过比较银纳米粒子对稀硝酸氧化不同时间所得单壁碳纳米管的跟踪情况，推测了该氧化可能是沿着碳纳米管的缺陷边缘处对其进行缓慢腐蚀的过程.