两种取向结构AlN薄膜的场发射测试分析

近年来,由于AlN薄膜具有负的电子亲和势而可能具有良好的场发射特性,其相关研究引起了人们的关注[1,2].为改善薄膜结构场发射特性,可采用材料改性,如重掺杂方法[1,2],完善其能带结构,使得场隧穿电子能力增强.但人们很少关注内在材料原子结构排列方式对于场发射性能的影响.而纳米碳管[3]被发现具有极为优异的场发射特性.最近,研究也发现AlN纳米管具有非常优异的发射性能[4].一般而言,纳米管材料原子结构排列方式具有高度的取向特性,这是否意味着择优取向性材料将可能具有更优异的场发射特性,并且是否可以考虑从完善AlN薄膜取向特性来提高其场发射性能.本文将通过比较两种取向结构的AlN薄膜场对于其发射性能的影响,结果表明,对于单一择优取向的AlN薄膜具有更为优异的场发射特性,这也验证了高度取向性结构对提高AlN薄膜场发射性能是完全可能的.但据我们所知,尚无相关系统研究涉及到材料取向特性对场发射性能的影响,因此,取向薄膜场发射研究将具有较重要的科学意义与发展前景.     

吸附聚丙烯酸对纳米碳管表面特征影响的研究

利用低温氮气吸附法系统研究了吸附聚丙烯酸 (PAA)的量对纳米碳管表面特征的影响 .分析结果表明 :当PAA吸附量增加到 2 68 98mg·g-1时 ,纳米碳管的比表面积下降了 46 97% ;虽然吸附PAA后的纳米碳管在 1 8nm以上的孔径分布特征基本上与原样一致 ,但孔容减少 ,这部分孔对比表面的贡献明显降低 ,同时出现 1 8nm以下的孔 ;通过氮气吸附等温线利用热力学方法计算的纳米碳管的表面分维值 (surfacefractaldimension)dSF由原样的 2 5 4下降至吸附后的 2 48,表明吸附PAA分子能够降低纳米碳管的粗糙度 .这些说明堵孔效应和屏蔽效应是纳米碳管表面特征改变的主要因素 ,这一研究对纳米碳管在吸附、催化等方面的应用有着非常重要的意义 .     

纳米碳管电极的制备与电化学检测性能研究

纳米碳管由于其独特的物理和化学性能及广阔的应用前景而备受关注,其相关研究涉及到众多领域[1￣3]。在电化学分析领域,与其它碳电极材料相比,纳米碳管电极具有较大的电极表面积和较高的电子传递速率,其使用能增大响应电流、降低检出限,是目前电化学分析电极中一个十分引人注目     

水中受拉伸负载下单壁纳米碳管机械性质的分子动力学研究

利用分子动力学方法研究了(5,5)扶手椅型和(10,10)锯齿型纳米碳管在水中受拉伸负载下的机械性质.通过计算纳米碳管中氧和氢原子的局部密度分布研究了限制效应.结果表明,碳管在水中的杨式系数与在真空下相同,而碳管在水中的拉伸应力小于在真空中的.     

空管现象的研究

1991年Iijima^[1]在研究C₆₀的同时,首次在高分辨透射电镜(HRTEM)下发现具有纳米尺寸的被称为纳米碳管(carbonnanotube)的中空的多层管状物。1992年Ebbesen等人^[2]发现了大量合成这种纳米管的方法。     

氮掺杂多壁纳米碳管的合成和定量表征

 采用化学气相沉积法制备了 N 掺杂多壁纳米碳管, 并运用透射电子显微镜、N2 物理吸附、热重-差示扫描量热、程序升温氧化和 X 射线光电子能谱等手段对样品进行了表征. 结果表明, 纯化处理的纳米碳管表面 N 含量为 4.2%, 其中包括吡啶、己内酰胺、氧化吡啶、吡啶酮和吡咯等含氮官能团. 研究了各种含氮官能团燃烧的动力学行为. N 原子掺杂进入碳管的石墨结构中, 提高了表面碱性, 有可能用于催化与能源转化领域. 另外, 本文提供了一种可用于场发射器件的杯状闭合结构纳米碳合成方法.     

基于定向纳米碳管气体放电的气敏传感器研究

介绍了一种基于定向纳米碳管的气敏传感器,以生长定向纳米碳管的氧化铝模板作为阳极,铝板作为阴极,利用纳米碳管的尖端发射效应,在较低的电压下使气体产生放电现象。通过对纳米碳管在气体中击穿电压和放电电流的测量,实现对气体的定性定量检测。同时纳米碳管气敏传感器还具有体积小、灵敏度高、稳定性好、响应速度快、在常温常压下即可进行检测等优点,具有较好的应用前景。     

以介孔分子筛为金属催化剂载体制备纳米碳管

 以不同的介孔分子筛作为金属催化剂载体,对催化合成纳米碳管进行了系统的研究,讨论了反应条件对纳米碳管纯度和产量的影响. 结果表明,不同的介孔分子筛对金属活性中心的形成、碳组分的扩散、纳米碳管的管径及形态均有明显的影响. 此外,金属的种类、状态和含量也影响纳米碳管的合成. 探索了合成高产量纳米碳管的条件,并对介孔分子筛上生长纳米碳管的特点进行了讨论.     

金纳米粒子-荧光素体系的光谱特性

纳米粒子具有量子尺寸效应和表面效应等许多特有的性质 [1] ,在光吸收、医药及新材料等方面具有广阔的应用前景 .纳米粒子具有较高的比表面能且带有电荷 ,当光子与其接近时 ,实际上是光子与纳米粒子的界面电子发生了作用 [2 ,3 ] .基于此建立的共振散射 (RS)光谱技术已成为一种高灵敏度和高选择性的分析技术 ,是研究生物化学和液相纳米粒子特性的良好手段 [4～ 9] .我们 [2 ,3 ] 研究发现 ,较大粒径纳米粒子和界面的形成是导致散射光增强的根本原因 ;金、银等液相纳米粒子产生 RS效应和 RS峰等 .荧光猝灭 (FQ)效应已用于分析化学和蛋白…     

纳米金刚石薄膜的扫描探针及微观场发射性能研究

纳米金刚石薄膜作为真空电子场发射器件的一种重要材料,由于其优异的物理化学性能和良好的场发射能力而日益得到广泛的研究和应用[1-2].电子场发射性能与金刚石薄膜的表面形貌、电导和电子表面态等密切相关,对其纳微结构与场发射性能之间的内在联系的研究业已引起广泛重视,一些研究表明金刚石薄膜表面存在促进场发射的导电通道或二次晶粒之间的晶界[3-4]. 本文从扫描探针技术(包括AFM、KFM、STM、STS等)入手,对纳米金刚石薄膜表面进行深入细致的分析和表征,力图阐明纳米金刚石表面导电层与其场发射性质的内在相关性.     

自偏压作用下纳米碳管的定向生长

以玻璃为基板材料, 在550 ℃的低温条件下利用微波等离子体化学气相沉积法合成了定向纳米碳管.结果表明, 在利用微波等离子体化学气相沉积法合成纳米碳管时, 因等离子体作用存在于基板表面的自偏压对纳米碳管的定向生长起着非常重要的作用.自偏压的作用总是使纳米碳管的生长垂直于基板表面.     

微波等离子体化学气相沉积法低温合成纳米碳管

纳米碳管的低温合成是纳米碳管合成的一个重要研究方向。在众多的合成方法 中,化学气相沉积法,特别是等离子体化学气相沉积法在纳米碳管的低温合成方面 意义重大。本研究利用溶胶-凝胶法结合等离子体还原,获得了负载在SiO_2上的纳 米金属钻颗粒。以甲烷为碳源、氢气为载气,在纳米金属钴颗粒的催化作用下,利 用微波等离子体化学气相沉积法在低于500 ℃ 的温度条件下合成了纯度较高的纳 米碳管。     

La~2NiO~4催化制备纳米碳管

制备了四方结构复合氧化物La~2NiO~4,并以其为催化剂前体,甲烷和一氧化碳为碳,合成出大量高纯度的纳米碳管。XRD结果表明La~2NiO~4经还原后,在La~2O~3的隔离作用下Ni晶粒实现纳米级均匀分散。利用TEM,HRTEM,SEM,XRD,Raman等手段对所制备的纳米碳管进行了观察和表征。所制备的纳米碳管管径均匀、石墨化程度较高,该法制备纳米碳管工艺简单、产量较高,产品易于纯化。     

Iron silicide root formation in carbon nanotubes grown by microwave PECVD

Aligned carbon nanotubes have been grown using microwave plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The carbon nanotubes are nucleated from iron catalyst particles which, during growth, remain adherent to the silicon substrates. By analysis with high-resolution electron microscopy, we observe iron silicide roots penetrating into the silicon substrate at the interface of the catalyst particles and the substrate, thus providing strong adhesion of the carbon nanotubes onto the substrate. The iron silicide roots assist in the attachment of the catalyst particles to the substrate and play a role in the evolution of the catalyst particle morphology and resulting base growth mode. Carbon nanotubes grown by microwave PECVD could exhibit superior electrical and thermal transport properties over other PECVD processes, so an understanding of the growth mechanism is important for utilization in device applications.     

Ni/SiO2催化剂上甲烷催化裂解制氢

研究了固定床反应器上甲烷在Ni/SiO2催化剂上的裂解反应，并分别用O2、H2O进行催化剂失活/活化循环实验，并对催化剂用XRD进行分析。结果表明,Ni/SiO2催化剂具有良好的催化性能,甲烷转化率～40%，并能在150 min的时间内保持其活性，无论是用空气氧化还是水蒸气汽化，都能有效地活化已失活的催化剂。XRD实验显示，多次裂解－再生循环过程，对催化剂结构没有明显破坏。     

CVD growth of N-doped carbon nanotubes on silicon substrates and its mechanism

In the present study, we report the chemical vapor deposition (CVD) of nitrogen-doped (N-doped) aligned carbon nanotubes on a silicon (Si) substrate using ferrocene (Fe(C5H5)2) as catalyst and acetonitrile (CH3CN) as the carbon source. The effect of experimental conditions such as temperature, gaseous environment, and substrates on the structure and morphology of N-doped carbon nanotubes arrays is reported. From XPS and EELS data, it was found that the nitrogen content of the nanotubes could be determined over a wide range, from 1.9% to 12%, by adding the addition of hydrogen (H2) to the reaction system. It was also shown by SEM that N-doped carbon nanotube arrays could be produced on Si and SiO2 substrates at suitable temperatures, although at different growth rates. Using these concentrations, it was possible to produce three-dimensional (3D) carbon nanotubes architectures on predetermined Si/SiO2 patterns. The mechanism underlying the effect of nitrogen containing carbon sources on nanotube formation was explored using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).     

Graphene CVD growth on copper and nickel: role of hydrogen in kinetics and structure

Understanding the chemical vapor deposition (CVD) kinetics of graphene growth is important for advancing graphene processing and achieving better control of graphene thickness and properties. In the perspective of improving large area graphene quality, we have investigated in real-time the CVD kinetics using CH(4)-H(2) precursors on both polycrystalline copper and nickel. We highlighted the role of hydrogen in differentiating the growth kinetics and thickness of graphene on copper and nickel. Specifically, the growth kinetics and mechanism is framed in the competitive dissociative chemisorption of H(2) and dehydrogenating chemisorption of CH(4), and in the competition of the in-diffusion of carbon and hydrogen, being hydrogen in-diffusion faster in copper than nickel, while carbon diffusion is faster in nickel than copper. It is shown that hydrogen acts as an inhibitor for the CH(4) dehydrogenation on copper, contributing to suppress deposition onto the copper substrate, and degrades quality of graphene. Additionally, the evidence of the role of hydrogen in forming C-H out of plane defects in CVD graphene on Cu is also provided. Conversely, resurfacing recombination of hydrogen aids CH(4) decomposition in the case of Ni. Understanding better and providing other elements to the kinetics of graphene growth is helpful to define the optimal CH(4)/H(2) ratio, which ultimately can contribute to improve graphene layer thickness uniformity even on polycrystalline substrates.     

Direct evidence for root growth of vertically aligned single-walled carbon nanotubes by microwave plasma chemical vapor deposition

The root growth mode of extremely dense and vertically aligned single-walled carbon nanotubes (SWNTs) synthesized by microwave plasma chemical vapor deposition was clarified by a new method, marker growth, which does not require transmission electron microscopy. SWNT layers were grown intermittently on a substrate, and a line between the layers was used as a marker to identify the growth mode. Micro-Raman spectroscopy revealed that the SWNT layers have the same diameter distribution.     

甲烷干重整催化剂Ni/Al2O3表面积炭表征与分析

用蒸发法制备了Ni/Al2O3催化剂及浸渍法制备了Ni/α-Al2O3和Ni/γ-Al2O3催化剂, 并与商品天然气水蒸气重整催化剂Z118Y一起进行了甲烷干重整实验, 考察了各催化剂上表面积炭行为. 通过H2程序升温还原(H2-TPR)、BET(Brunauer-Emmett-Teller)比表面积分析、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、热重-差式扫描量热(TG-DSC)、程序升温氢化(TPH)等表征手段对催化剂表面沉积炭的特性进行了表征. 结果表明, 各催化剂上至少存在三种形式的碳物种: 无定形碳、丝状碳及石墨碳. 由于载体性质不同, 各催化剂上沉积炭的种类及其含量有所差别. Z118Y、Ni/Al2O3及Ni/α-Al2O3催化剂上主要沉积丝状炭, 而Ni/γ-Al2O3催化剂上则主要是石墨碳. Ni/γ-Al2O3催化剂中金属Ni颗粒较小(小于15 nm)、粒径分布范围较窄、分散性较好, 能减少催化剂表面炭的沉积, 有效地抑制丝状碳的生长.     

不同活性炭负载的镍基催化剂上废塑料裂解制碳纳米管性能

以椰壳炭、竹炭和木炭三种活性炭为载体,采用浸渍法制备炭负载金属镍的催化剂,考察其在废塑料裂解制备碳纳米管过程中的催化反应性能;采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱仪、同步热分析仪、比表面积分析仪等手段分析了催化剂和产物碳纳米管的形貌和结构。结果表明,椰壳活性炭为载体制备的镍基催化剂上碳纳米管产量最高、石墨化程度最好。以椰壳活性炭为载体制备的镍基催化剂为例,研究了反应温度和镍负载量对其催化性能的影响。