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V型热解火焰法合成定向碳纳米管阵列的实验方法研究

作　者: 许秉浩
导　师: 孙保民
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 热能工程
关键词: V型热解火焰定向碳纳米管阵列涂覆静电场磁控溅射温度
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 29次
引　用: 1次
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内容摘要

碳纳米管(CNTs)是具有优异电学、机械、化学等性能的纳米材料,在储氢、场发射和纳米电子器件等诸多方面展现出诱人的应用前景。定向碳纳米管阵列是碳纳米管的一种取向形态,其生长密度大,排列整齐,比杂乱无章缠绕在一起的碳纳米管更容易利用,尤其是在作为阴极场发射材料方面。V型热解火焰法是一种简单,高效,低成本的碳纳米管合成方法,但由于燃烧反应剧烈,在火焰中合成碳纳米管受到碳氢燃料、温度、催化剂种类等多方面因素影响,合成的碳纳米管往往处于生长凌乱、相互缠绕的状态,严重制约了合成碳纳米管的后期应用。本文在分析总结各种合成定向碳纳米管阵列方法的基础上,通过实验研究,对原有V型热解火焰的实验方法进行改进,探索如何实现在V型热解火焰中合成定向生长的碳纳米管阵列。实验重点考察了涂覆法、电场诱导法、磁控溅射法三种不同方法。其中在涂覆法中主要考察了涂覆方式及基板选择的影响；发现简单的物理涂覆或者内部热解涂覆都不能合成定向生长的碳纳米管。通过静电场的诱导作用,碳纳米管能够沿着电场线方向定向生长,实验中重点考察了静电场的引入方式、偏置电压大小,取样的时间等因素对碳纳米管阵列生长的影响,并讨论其生长机理,分析得出最佳的电场引入方式、电压窗口。磁控溅射法中主要研究了温度对碳纳米阵列合成的影响,得到合成碳纳米管阵列的理想温度。对三种不同的方法进行了综合比较,为V型热解火焰法批量化制备碳纳米管阵列奠定理论和实验基础。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-11
  1.2 碳纳米管简介  11-14
    1.2.1 碳纳米管的结构及其分类  11-12
    1.2.2 碳纳米管的性质及应用  12-13
    1.2.3 碳纳米管的制备方法  13-14
  1.3 碳纳米管阵列制备的研究现状  14-18
    1.3.1 后处理法制备定向纳米管阵列  14-15
    1.3.2 直接法制备定向纳米管阵列  15-18
  1.4 本课题研究的内容  18-19
  1.5 本章小结  19-20
第2章 V型热解火焰实验系统及实验方法  20-29
  2.1 引言  20
  2.2 实验系统构成及其特点  20-22
    2.2.1 实验系统构成  20-21
    2.2.2 实验系统的特点  21-22
  2.3 实验原料的选取及分析  22-24
    2.3.1 碳源CO  22
    2.3.2 辅助气体H_2  22-23
    2.3.3 稀释剂He  23
    2.3.4 催化剂五羰基铁(Fe(CO)_5)  23-24
    2.3.5 氧炔焰  24
  2.4 实验方法及改进  24-26
    2.4.1 实验方法  24-25
    2.4.2 实验方法改进  25-26
  2.5 实验结果分析方法  26-28
    2.5.1 SEM表征  26-27
    2.5.2 TEM表征  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第3章:涂覆法制备定向碳纳米管阵列及结果分析  29-33
  3.1 引言  29
  3.2 实验方法及内容  29-30
  3.3 实验结果及分析  30-32
    3.3.1 外部物理涂覆  30
    3.3.2 内部热解涂覆  30-31
    3.3.3 取样基板不同的影响  31-32
  3.4 本章小结  32-33
第4章:电场诱导法制备定向碳纳米管阵列及结果分析  33-50
  4.1 引言  33
  4.2 实验方法及内容  33-35
    4.2.1 电场的引入  33-34
    4.2.2 实验过程  34-35
  4.3 实验结果及分析  35-43
    4.3.1 静电场引入方式的影响  35-40
    4.3.2 偏置电压大小的影响  40-43
  4.4 静电场对碳纳米管微观结构的影响  43-44
  4.5 不同取样的时间下碳纳米管的生长形貌  44-47
  4.6 电场诱导法制备定向生长碳纳米管阵列的机理分析  47-48
  4.7 本章小结  48-50
第5章:磁控溅射法制备碳纳米管阵列及结果分析  50-59
  5.1 引言  50
  5.2 磁控溅射镀膜技术简介  50-51
  5.3 实验方法及内容  51-53
    5.3.1 催化剂衬底的制备  51-52
    5.3.2 实验过程  52-53
  5.4 实验结果及分析  53-57
    5.4.1 Al层的作用  53
    5.4.2 温度的影响  53-57
  5.5 三种不同方法的比较  57
  5.6 本章小结  57-59
第6章:结论与展望  59-61
  6.1 结论  59-60
  6.2 展望  60-61
参考文献  61-64
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  64-65
攻读硕士学位期间参加的科研工作  65-66
致谢  66

V型热解火焰法合成定向碳纳米管阵列的实验方法研究

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