高質量多壁碳納米管的制備方法和應用研究.pdf

1、碳納米管具有十分獨特的結構和優(yōu)異的物理化學性能，在納米電子器件、復合材料、傳感器等諸多領域有著巨大的應用前景。目前，工業(yè)化的碳納米管以CVD方法生長為主，由于其生長溫度低，石墨化程度低，導致結構缺陷多，嚴重制約了它們優(yōu)異性能的發(fā)揮。其他的碳管合成方法或生產成本高，或比較耗時，且產量較低，不能夠滿足實際應用。因此，探索高質量、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實意義。本論文的主要工作是圍繞高質量、低缺陷的多壁碳納米管的大

2、量制備及其在場發(fā)射和銅復合材料的應用展開，獲得的主要結果包括:
　　 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構，減少缺陷。介紹了一種簡單、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，通過深入細致地研究得出了碳管最佳制備條件。對陰極圓柱狀沉積物進行詳細地觀察，根據觀察

3、結果給出了電弧放電條件下多壁碳納米管可能的生長機理。通過對電弧放電設備改造，實現多壁碳納米管的半連續(xù)化生產和連續(xù)化生產，并詳細介紹了生產的操作流程。
　　 3.以Fe做催化劑，FeS做促進劑，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，同時研究了制備雙壁碳納米管的最佳條件。由于空氣易得，無需預抽真空，該方法簡化了制備流程，有望實現低成本、大產量制備雙壁碳納米管。提純后的碳納米管純度為90 wt.％以上，為以后開展對雙壁碳

4、納米管的研究工作打下了基礎。最后，給出了Fe-FeS催化劑電弧放電法生長碳納米管的可能生長機理。
　　 4.對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行場致發(fā)射測試。對于多壁碳納米管，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)域進行測試，發(fā)現空氣中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發(fā)射性能;對于雙壁碳納米管，開發(fā)了一種制備具有尖端結構的碳納米管膜的方法，這種尖端結構的雙壁碳納米

5、管膜呈現出非常優(yōu)異的場發(fā)射性能。
　　 5.采用磁控濺射法、襯底增強化學鍍法和分子級混合工藝三種方式制備多壁碳納米管/銅復合材料，對所制備的復合材料進行形貌、結構表征和薄膜電阻的測試，結果顯示，在磁控濺射法制備的多壁碳納米管/銅復合材料中，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，采用襯底增強化學鍍法制備的多壁碳納米管/銅復合材料中，碳納米管表面沉積的銅納米粒子呈現立方體狀，并串連在一起;分子級混合工藝制備的經過氫