辉光放电对负偏压增强热丝化学气相沉积碳纳米管的准直生长作用研究

利用负偏压增强热丝化学气相沉积在不同的负偏压和压强下,在沉积有不同厚度NiFe膜的Si衬底上制备了碳纳米管,并用扫描电子显微镜研究了它们的生长.发现在无辉光放电的情况下,碳纳米管弯曲生长,而在辉光放电时,碳纳米管准直生长,表明辉光放电对碳纳米管的准直生长起到了重要的作用.由于辉光放电的产生,在衬底表面附近形成很强的电场.相对无辉光放电时的电场,场强提高了两个数量级.本工作详细地研究了辉光放电对碳纳米管的准直生长作用.     

氨气浓度对碳纳米管生长影响的研究

利用等离子体增强化学气相沉积系统,用CH4、NH3和H2为反应气体,在沉积有100nm厚Ta过渡层和60nm厚NiFe催化剂层的Si衬底上制备了碳纳米管,并用扫描电子显微镜研究了它们的生长和结构.结果表明当氨气浓度为20;、40;和60;时,碳纳米管的平均长度分别为3.88μm、4.52μm和6.79μm,而其平均直径变化不大,均在240nm左右.最后,分析讨论了氨气浓度对碳纳米管生长和结构的影响.     

催化剂膜厚对碳纳米管薄膜生长的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,以Ni为催化剂,在Si基底上沉积出定向性良好的碳纳米管.用扫描电镜表征了催化剂颗粒大小和相应的碳纳米管形貌.深入研究了催化剂膜厚对碳纳米管牛长的影响.结果表明:不同度的催化剂薄膜经刻蚀形成的颗粒密度、尺寸、分布等对碳纳米管的合成质量起主要作用.催化剂厚度≤5 nm时,形成的颗粒密度较小而且分布不均,制备的碳纳米管产量低、定向性差.催化剂厚度≥15 nm时,形成的颗粒较大,粘连在一起,生长时大部分被非晶碳包覆,几乎没有碳纳米管的生长.催化剂厚度为10 nm时,形成的颗粒密度大、分布较均,制备的碳纳米管纯度高、定向性好.     

离子轰击增强金刚石膜与Si衬底结合力的进一步研究

由于金刚石与Si有较大的表面能差,利用化学气相沉积(CVD)制备金刚石膜时,金刚石在镜面光滑的Si表面上成核困难,而负衬底偏压能够增强金刚石在镜面光滑Si表面上的成核,表明金刚石核与Si表面的结合力也得到增强.本文分析衬底负偏压引起的离子轰击对Si表面产生的影响之后,基于离子轰击使得Si衬底表面产生了微缺陷(凹坑)增大了金刚石膜与Si衬底结合的面积,理论研究了离子轰击对金刚石膜与Si衬底结合力的影响.     

火焰热解法生长定向碳纳米管

本文研究了火焰热解法的碳纳米管制备实验(催化剂为Fe/Mo/Al2O3),发现在火焰热解法条件下碳纳米管阵列可在火焰热解腔中定向生长,产物较为整齐,碳管形态较好.本课题组之前在电场作用下采用Fe(CO)5为催化剂,在V型体火焰中亦可制得碳纳米管阵列,对比两者发现热解腔内制得阵列碳纳米管长度较长,定向性更优;而电场作用下的V型体火焰中制得阵列中的碳纳米管较直.进而,在火焰热解法制备中施加电场,发现随电压增加,碳纳米管阵列更直,碳管长度和产量明显增长.     

大规模生长定向排列多壁碳纳米管工艺研究

研究了大规模生产定向排列多壁碳纳米管的工艺.研究结果表明控制工艺参数,可以大幅度提高定向排列多壁碳纳米管的产率,使其达到用载体催化剂制造碳纳米管的水平.     

偏压对磁控溅射沉积立方氮化硼薄膜的影响

合适的衬底偏压是物理气相沉积制备cBN的必须条件,本文采用基于蒙特卡洛方法的SRIM软件对PVD过程中离子轰击衬底进行了分析,并进行了相关的实验研究.仿真与实验结果显示,随着离子轰击能量的增加,离子轰击深度和范围扩大,有利于cBN的成核与生长,但是过大的轰击能量会导致薄膜表面N与B元素的不匹配以及薄膜立方相的下降.同时,在PVD气氛中适量添加N2可以弥补薄膜表面N元素的损失,有利于提高立方相含量.     

碳纳米管的生产及应用

本文介绍了巴基球及碳纳米管的发现和历史,重点介绍了碳纳米管的基本性质和晶体结构,并描述了碳纳米管电传导和热传导的机理.还介绍了碳纳米管的主要生产方法和各自的优点,并根据全球碳纳米管应用研究方向,对碳纳米管的应用领域进行了探讨,对碳纳米管的应用前景及商业开发价值进行了乐观的展望.     

气体流量对热解火焰法合成碳纳米管的影响

采用热解火焰法制备了碳纳米管,研究了不同气体流量对碳纳米管制备的影响.结果表明:He流量变化会对碳纳米管形态产生影响,CH4、H2流量变化对碳纳米管形态影响不大;He、H2、CH4流量变化会影响碳纳米管的产量,当He、H2、CH4流量比2∶3∶6时,碳纳米管产量最高且产物主要是单壁、双壁、三壁碳纳米管.     

放电过程对碳纳米管膜场发射性能的影响

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,在不锈钢衬底上直接沉积碳纳米管膜.研究碳纳米管膜在放电过程中对其场发射性能的影响.通过XPS、Raman光谱等手段,分析碳纳米管膜在放电过程中sp2碳和sp3碳含量的变化,对碳纳米管膜场发射性能变化的根源进行研究.结果显示,在放电过程中,碳纳米管膜中sp2碳的含量减少,场发射性能变差.经过分析,我们认为发生这种现象的原因是:发射电子主要是从sp2碳发出的,sp2碳的减少直接影响了发射电子的减少,故其场发射性能降低.     

铁催化薄膜的微观结构对碳纳米管阵列生长的影响

本文利用热化学气相沉积法（TCVD）,系统地研究了NH3预处理对硅基底上沉积的催化剂铁膜的结构及所制备的碳纳米管形态的影响。研究结果表明,利用氨气对硅基底上的催化剂铁膜进行适当的预处理不仅可以将催化剂颗粒细化,还可以使催化剂在碳纳米管的制备过程中保持较高的催化活性,促进分解出的活性碳原子在催化剂中扩散和析出,增强碳纳米管的成核和生长,从而合成出纯度较高、定向性好的碳纳米管阵列。     

阵列式碳纳米管雷达波吸收性能研究

研究了阵列式碳纳米管的雷达波吸收性能.采用化学气相沉积(CVD)工艺制备阵列式碳纳米管薄膜,并采用SEM 和TEM 对其进行观测.观测显示:阵列式碳纳米管薄膜中碳纳米管排列规则,有很好的定向性,直径30～50 nm.阵列式碳纳米管薄膜平铺在铝板上并用环氧树脂固定制成试样,采用反射率扫频测量系统HP8757E矢量网络分析仪检测阵列式碳纳米管吸波性能.结果表明:阵列式碳纳米管在2～18 GHz频段的较高频段表现出良好的吸波性能.吸波性能随薄膜厚度不同而改变.阵列式碳纳米管薄膜厚度为0.2 mm 时,雷达波吸收性能最佳,峰值R为-15.87 dB,波峰出现在17.83 GHz,带宽分别为4.25 GHz(R<-10 dB)和6.40 GHz(R<-5 dB).     

阵列式碳纳米管微波受激发射光子

采用化学气相沉积工艺(CVD)制备阵列式碳纳米管(ACNT)薄膜并检测薄膜的微波性能.当ACNT薄膜受到微波照射时,强烈地发射光子,产生耀眼的的白光,红外测温仪显示温度高达1200℃,但ACNT并不氧化燃烧.ACNT薄膜经球磨成粉状后,光子发射性能消失,在微波照射下 ACNT粉末和普通碳纳米管(MWCNT)表现相近,吸收微波能量后开始燃烧并发出红色的火焰,实测温度为720℃.研究显示ACNT具有优异的场发射性能.     

Electron Beam Reduction Method for Preparing the Catalyst Layer in the Growth of Carbon Nanotubes

In this paper, electron beam (e-beam) reduction method is applied for the catalyst layer preparation in the growth of carbon nanotubes (CNTs). A hot cathodic electron beam facility was employed to electron bombarding of catalyst layer before stage of CNTs growth. This new method leads to reducing the diameter of particles via sputtering and evaporating the surface of catalyst. The growth of CNTs was performed on the Fe catalyst layer with SiO₂ substrate in an environment of different mixed gases (H₂, NH₃ and C₂H₂) by thermal chemical vapor deposition (TCVD) system. The morphology of the electron beam reduced catalyst particles were probed by atomic force microscopy (AFM). All samples were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) before and after growth of CNTs. SEM analyses clarified that the catalyst grains have been smaller under effect of electron beam bombardment.     

催化剂焙烧温度对热解火焰法合成碳纳米管的影响

为了探讨在制备Fe/Mo/Al2O3载体载入式催化剂过程中的焙烧温度对实验产物的影响,在热解火焰法中,以CO为碳源,设计了6组实验工况,对不同焙烧温度的合成产物碳纳米管进行对比分析,实验产物的形貌与特征用扫描电镜和拉曼光谱表征.分析表明,在本组实验条件下,催化剂焙烧温度为800～1000℃时,可以使催化剂颗粒尺寸更小,分散性更好,催化活性更高,实验合成的碳纳米管以多壁碳纳米管为主,产量较多,质量较佳,焙烧温度为900 ℃附近时,合成了高质量的单壁碳纳米管.     

定向排列纳米碳管

本文提出在层流场中定向排列纳米碳管的技术,并理论计算了在层流场中、电场中、强磁场中重新定向排列的机理,用机械拉伸法将CNT均匀分散并定向排列在PMMA中,得到各向异性且力学性能和电学性能都很好的CNTs/PMMA复合材料.此实验结果证明机械拉伸法与层流场中定向排列纳米碳管的理论机理相符.