Ni-MgO催化劑下碳納米管的制備與表征.pdf

1、由于碳納米管具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能,在場(chǎng)效應(yīng)晶體管、場(chǎng)發(fā)射顯示器、單電子晶體管等納米電子器件以及電化學(xué)傳感器、超級(jí)電容器等領(lǐng)域具有巨大的潛能。
　　 目前碳納米管的制備方法主要有三種,分別為化學(xué)氣相沉積法、電弧放電法及激光蒸發(fā)法。其中化學(xué)氣相沉積法與其它方法相比,與傳統(tǒng)的微電子工藝兼容,反應(yīng)過(guò)程易于控制,低溫生長(zhǎng)碳納米管方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。但在碳納米管的生長(zhǎng)過(guò)程中,催化劑作為關(guān)鍵因素之一,是碳納米管成核生長(zhǎng)中心,因而

2、對(duì)合成產(chǎn)物的形貌和結(jié)構(gòu)起著決定性的作用。通常把Ni、Co、Fe等過(guò)渡金屬視為最佳的催化劑選擇,而催化劑的引入方法是影響催化劑特性的關(guān)鍵。催化劑載體載入方式預(yù)先制備催化劑,不僅過(guò)程容易控制,還可以有效抑制催化劑顆粒的團(tuán)聚,從而實(shí)現(xiàn)催化劑顆粒形態(tài)和大小的控制,所以對(duì)于生長(zhǎng)碳納米管,這種方式很具有優(yōu)越性。
　　 因此,本文以Ni(NO3)2和Mg(NO3)2作為催化劑前驅(qū)物,采用RF—PECVD方法,在一定溫度和氫等離子體作用下分解、

3、還原獲得Ni/MgO催化劑體系,CH4和H2作為反應(yīng)氣體,不同的工藝條件下生長(zhǎng)了碳納米管,并借助SEM、TEM、Raman光譜以及XRD等測(cè)試手段,研究了碳納米管的生長(zhǎng)特性。
　　 首先,研究了Ni/MgO配比對(duì)碳納米管生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明,隨著MgO含量的增加,具有從碳納米洋蔥轉(zhuǎn)化為碳納米管的趨勢(shì),而且大部分碳納米管的頂端是由碳洋蔥結(jié)構(gòu)終結(jié)的；其次,當(dāng)MgO含量為50％時(shí),部分的碳納米管的外壁上形成了單層石墨烯結(jié)構(gòu),并在碳納米

4、管主干區(qū)域形成Ni納米線；再次,隨著MgO含量的增加,碳納米管主干區(qū)域的Ni催化劑增多,甚至促進(jìn)納米線的形成,若再改進(jìn)并優(yōu)化工藝,可以獲得Ni納米線填充的碳納米管復(fù)合材質(zhì),這對(duì)于高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和靜電復(fù)印技術(shù)上的應(yīng)用具有較大的研究意義。
　　 其次,研究了反應(yīng)壓強(qiáng)、甲烷流量、生長(zhǎng)時(shí)間及基片溫度對(duì)碳納米管生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明,隨著反應(yīng)壓強(qiáng)的降低,碳納米管的結(jié)晶性能會(huì)降低,并伴隨有大量的雜質(zhì)生成；隨著甲烷流量的增加,碳納米管的結(jié)晶