高質(zhì)量多壁碳納米管的制備方法和應(yīng)用研究.pdf

1、碳納米管具有十分獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在納米電子器件、復(fù)合材料、傳感器等諸多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。目前，工業(yè)化的碳納米管以CVD方法生長(zhǎng)為主，由于其生長(zhǎng)溫度低，石墨化程度低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷多，嚴(yán)重制約了它們優(yōu)異性能的發(fā)揮。其他的碳管合成方法或生產(chǎn)成本高，或比較耗時(shí)，且產(chǎn)量較低，不能夠滿足實(shí)際應(yīng)用。因此，探索高質(zhì)量、低缺陷的碳納米管的低成本、批量化制備具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本論文的主要工作是圍繞高質(zhì)量、低缺陷的多壁碳納米管的大

2、量制備及其在場(chǎng)發(fā)射和銅復(fù)合材料的應(yīng)用展開，獲得的主要結(jié)果包括:
　　 1.采用一種新穎的快速自加熱方法高溫退火處理CVD多壁碳納米管，能夠有效地提高多壁碳納米管的有序結(jié)構(gòu)，減少缺陷。介紹了一種簡(jiǎn)單、高效、可靠的剪切碳納米管的方法，剪切后的碳納米管主要集中在200-300nm。
　　 2.探索出在低壓空氣中電弧放電法制備多壁碳納米管的工藝，通過深入細(xì)致地研究得出了碳管最佳制備條件。對(duì)陰極圓柱狀沉積物進(jìn)行詳細(xì)地觀察，根據(jù)觀察

3、結(jié)果給出了電弧放電條件下多壁碳納米管可能的生長(zhǎng)機(jī)理。通過對(duì)電弧放電設(shè)備改造，實(shí)現(xiàn)多壁碳納米管的半連續(xù)化生產(chǎn)和連續(xù)化生產(chǎn)，并詳細(xì)介紹了生產(chǎn)的操作流程。
　　 3.以Fe做催化劑，F(xiàn)eS做促進(jìn)劑，通過電弧放電法成功地在低壓空氣中制備出雙壁碳納米管，同時(shí)研究了制備雙壁碳納米管的最佳條件。由于空氣易得，無(wú)需預(yù)抽真空，該方法簡(jiǎn)化了制備流程，有望實(shí)現(xiàn)低成本、大產(chǎn)量制備雙壁碳納米管。提純后的碳納米管純度為90 wt.％以上，為以后開展對(duì)雙壁碳

4、納米管的研究工作打下了基礎(chǔ)。最后，給出了Fe-FeS催化劑電弧放電法生長(zhǎng)碳納米管的可能生長(zhǎng)機(jī)理。
　　 4.對(duì)在空氣氣氛中制備的多壁碳納米管和雙壁碳納米管分別進(jìn)行場(chǎng)致發(fā)射測(cè)試。對(duì)于多壁碳納米管，直接采用陰極沉積物薄片中間富含多壁碳納米管的松軟區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)空氣中750℃下保持30 min的熱處理過程，能有效地提高多壁碳納米管的場(chǎng)發(fā)射性能;對(duì)于雙壁碳納米管，開發(fā)了一種制備具有尖端結(jié)構(gòu)的碳納米管膜的方法，這種尖端結(jié)構(gòu)的雙壁碳納米

5、管膜呈現(xiàn)出非常優(yōu)異的場(chǎng)發(fā)射性能。
　　 5.采用磁控濺射法、襯底增強(qiáng)化學(xué)鍍法和分子級(jí)混合工藝三種方式制備多壁碳納米管/銅復(fù)合材料，對(duì)所制備的復(fù)合材料進(jìn)行形貌、結(jié)構(gòu)表征和薄膜電阻的測(cè)試，結(jié)果顯示，在磁控濺射法制備的多壁碳納米管/銅復(fù)合材料中，碳納米管表面可以形成一層致密而均勻的銅層;以鋅片為襯底，采用襯底增強(qiáng)化學(xué)鍍法制備的多壁碳納米管/銅復(fù)合材料中，碳納米管表面沉積的銅納米粒子呈現(xiàn)立方體狀，并串連在一起;分子級(jí)混合工藝制備的經(jīng)過氫