單根多晶-非晶碳納米線圈的電學性質的研究.pdf

1、準一維碳納米線圈(CNCs)，由于其特異的空間構象和納米尺度，有望產生新奇的光、熱、力、電特性，特別是在納米電子器件以及微納機電系統(tǒng)領域都極具應用前景。國際上對碳納米線圈的特性研究尚處于起步階段，僅僅揭示了一些基本的力學、電學、熱學和電子結構方面的特性，但是研究很不系統(tǒng)。特別是對于單根多晶-非晶碳納米線圈(CNC)的導電性的研究不夠深入，碳納米線圈在納米傳感器等方面的應用都依賴于其導電性的變化，因此，對于碳納米線圈的導電性的研究意義重大

2、。本文以單根碳納米線圈的導電性為中心，以物質結構和電子結構兩方面研究為基礎，將實驗與理論結合，對單根碳納米線圈的導電性開展一系列的實驗測量，結合多尺度計算模擬，揭示由于準一維的螺旋性和獨特的多晶-非晶體系帶來的新奇物理特性，特別是原子結構和相應的電子結構、以及由此而產生的電導率響應特性，從而構建出碳納米線圈整體基礎物理圖像。這項研究，將不僅豐富我們對于低維碳納米材料基礎物理的認識，而且有望揭示某些納米尺度上的新現象和新效應，也將為發(fā)展新

3、一代的微納機電系統(tǒng)等納米器件提供基礎器件和構造基元。
　　本文首先使用二次磁控濺射和光刻的方法制作出所需要的載有單根CNC的四電極樣品，電極材料為Ti/Pt/Cr，將單根碳納米線圈壓在Pt與Cr之間確保接觸良好，對單根CNC在不同的溫度下的電阻進行測量，溫度范圍是從4到445 K，得到單根CNC電阻與溫度的圖像，通過計算得到單根CNC的結構與電阻率及溫度的關系，綜合Mott電子變程躍遷和Efros-Shklovskii電子變程躍遷

4、的理論，進行理論分析。研究發(fā)現，碳納米線圈的電阻率與其線徑有關，線徑越小，晶粒尺寸越大，結晶性越好，電阻率越小，電子在晶粒邊緣傳輸會發(fā)生導電模式的轉換，在低溫范圍內4到20 K，電子的躍遷符合Efros-Shklovskii變程躍遷，特征溫度約為15K;在溫度范圍80到300 K內，單根CNC的電子的躍遷符合Mott變程躍遷，此時特征溫度約為2500 K;在這兩個溫度范圍之間，存在一個過渡的溫度區(qū)域，研究發(fā)現，這與CNC的結晶性有關，碳