碳納米線圈的熱、電特性及其復(fù)合碲化銀納米熱電材料的研究.pdf

1、碳納米材料具有多樣性，富勒烯、碳納米管、石墨烯以及碳納米線圈為其中的代表，這些材料在維度、形貌和特性上的異同為構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)和納米器件提供了豐富的素材。其中，準(zhǔn)一維碳納米線圈，由于其特異的三維螺旋空間構(gòu)象和納米尺度，在納米電子器件、微納機電系統(tǒng)、復(fù)合增強材料等方面擁有巨大的應(yīng)用潛力。迄今為止，碳納米線圈的研究主要集中于力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)等基礎(chǔ)物理特性方面，對于其物質(zhì)結(jié)構(gòu)和特性之間關(guān)系的研究，光、熱、力、電特性之間的相互轉(zhuǎn)化機制的

2、研究，以及復(fù)合材料的制備和特性的研究還有待進一步的拓展和深入。本論文通過化學(xué)氣相沉積的方法制備出碳納米線圈，對單根碳納米線圈的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和其導(dǎo)電性的關(guān)系、光熱轉(zhuǎn)換特性及由此產(chǎn)生的激光誘導(dǎo)線圈表面微氣泡生成機理、以及和碲化銀復(fù)合材料的熱電特性進行系統(tǒng)的測試和理論分析，進一步豐富了對碳納米線圈基礎(chǔ)物性的認(rèn)識，也拓展了碳納米線圈復(fù)合材料的實際應(yīng)用空間。本文主要內(nèi)容如下:
　　首先，通過對碳納米線圈的結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，碳納米線圈是大量的納米石墨

3、晶粒通過鍵合嵌于非晶碳網(wǎng)絡(luò)之中的一種多晶—非晶結(jié)構(gòu)體，并且發(fā)現(xiàn)石墨晶粒的尺寸隨碳納米線圈的線徑的減小而增大，研究這種新型納米結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)電性對于分析電子和聲子在這種結(jié)構(gòu)中的傳導(dǎo)特性、總結(jié)該結(jié)構(gòu)的電學(xué)和熱學(xué)的一般規(guī)律都具有重要意義。利用四電極法對單根多晶—非晶碳納米線圈的低溫電導(dǎo)進行測試，從電子傳導(dǎo)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)兩個層面，對碳納米線圈的導(dǎo)電機制進行研究。結(jié)果表明，碳納米線圈在低溫下的主要傳導(dǎo)機制主要包括:熱激發(fā)、近程跳躍和變程跳躍三種傳導(dǎo)模式

4、，在不同溫度條件下，傳導(dǎo)模式會發(fā)生轉(zhuǎn)換，并且發(fā)現(xiàn)在超低溫條件下的變程跳躍傳導(dǎo)模式表現(xiàn)出由Mott-變程跳躍模式轉(zhuǎn)換成Efrose Shklovskii-變程跳躍模式。同時，結(jié)晶性好的碳納米線圈的導(dǎo)電性越好，電子跳躍模式間相互轉(zhuǎn)換的過渡區(qū)間就越窄。
　　其次，利用波長為780nm的激光聚焦于位于去離子水溶液中的單根碳納米線圈表面下凹處，并在其下凹處的活性點位產(chǎn)生氣泡，制作微氣泡發(fā)生器。利用碳納米線圈三維螺旋體形成的大的光吸收截面積和

5、其對紅外光吸收的高效性，將激光光子能量有效地轉(zhuǎn)化為碳納米線圈內(nèi)聲子振動的熱能，并傳遞給周邊水介質(zhì)，從而在照射位點處誘發(fā)氣泡。通過傳質(zhì)傳熱學(xué)的方法，對生成微米氣泡過程中的膨脹和穩(wěn)定過程進行了理論分析，然后利用TVD Runge-Kutta時間步進法，求解出微米氣泡的直徑隨時間的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)理論分析與實驗測試的結(jié)果基本一致。結(jié)果表明，利用激光聚焦照射碳納米線圈制作的微氣泡發(fā)生器，不但可以很好地控制微氣泡的發(fā)生位置，也可以對微氣泡的大小進行

6、操控，開辟了激光精確定點產(chǎn)生氣泡在微流體系統(tǒng)和MEMS中的應(yīng)用潛能。
　　最后，在傳統(tǒng)合成納米熱電材料的方法基礎(chǔ)上，通過調(diào)整反應(yīng)溫度，改進藥品配方，優(yōu)化反應(yīng)裝置等方法，高效制備出大小均勻的碲化銀納米顆粒和高產(chǎn)量的碲化銀納米線。通過LBL提拉鍍膜法制備出修飾有肼、1,2-乙二硫醇，乙二胺三種化學(xué)配體的碲化銀納米顆粒薄膜，熱電測試結(jié)果表明，由1,2-乙二硫醇修飾的碲化銀納米顆粒薄膜的熱電優(yōu)值可以達到0.712最大理論值，說明配體修飾可