碳納米管及其復(fù)合材料的新合成方法與性能研究.pdf

1、碳納米管由于其獨(dú)特的一維管狀結(jié)構(gòu),優(yōu)異的物理化學(xué)性能和潛在的應(yīng)用前景,成為了材料科學(xué)、微電子、化學(xué)、物理等諸多領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。同時(shí),由于碳納米管在一維納米空間的量子限域效應(yīng),具有納米結(jié)構(gòu)填充的碳納米管復(fù)合材料,不僅能優(yōu)化碳納米管本身的一些性能,而且能對(duì)填充的納米結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行調(diào)變。本論文采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)主要研究了實(shí)驗(yàn)合成條件對(duì)碳納米管生長(zhǎng)的影響,尤其是在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)碳納米管的產(chǎn)量和形貌的影響；并對(duì)原位填充納米結(jié)構(gòu)到碳納米管的

2、內(nèi)腔中進(jìn)行了研究,探索了其生長(zhǎng)機(jī)制并對(duì)其性能進(jìn)行了分析。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.采用Fe／MgO為催化劑催化裂解二甲硫醚制備了碳納米管,通過(guò)SEM、Raman、XRD、TEM等表征方法研究了實(shí)驗(yàn)合成條件對(duì)碳納米管的形貌和微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)論表明:當(dāng)合成溫度為1000℃時(shí)比較利于反應(yīng)的進(jìn)行,且碳納米管生長(zhǎng)的氬氣流量的適宜范圍為1200～1800 sccm。同時(shí),碳納米管產(chǎn)物中有Y型碳納米管的生成,在納米器件領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用潛

3、力,并對(duì)Y型碳納米管的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了研究與討論。
　　 2.采用CVD法,以乙醇為碳源,二茂鐵為催化劑前驅(qū)物,對(duì)二氯苯為添加劑制取了碳納米管,通過(guò)SEM、TGA、XRD、TEM表征方法研究了實(shí)驗(yàn)合成條件對(duì)碳納米管產(chǎn)物的形貌和微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)論表明:合成碳納米管的最適宜的溫度為850℃,且在不同氬氣流量和不同二茂鐵含量下制備了樣品,并進(jìn)行了電磁測(cè)試分析,研究了反射率和頻率的關(guān)系,進(jìn)而研究了樣品的微波吸收性能,表明當(dāng)二茂鐵與乙醇的質(zhì)

4、量體積百分?jǐn)?shù)為2％時(shí)制備的碳納米管的微波吸收性能比較好,且當(dāng)涂層厚度為2 mm時(shí),反射率衰減達(dá)到24.52 dB；隨著涂層厚度的增加,反射衰減向低頻方向移動(dòng)。
　　 3.采用改進(jìn)的CVD法,以乙醇為碳源,二茂鐵為催化劑前驅(qū)物,對(duì)二氯苯為添加劑,原位制取了Fe／Fe3C納米線填充的薄壁碳納米管,并通過(guò)SEM、XRD、TGA、HRTEM等分析方法對(duì)碳納米管產(chǎn)物的形貌和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)試,研究了實(shí)驗(yàn)合成條件對(duì)產(chǎn)物的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)

5、二氯苯對(duì)碳納米管的填充起決定作用,產(chǎn)物中Fe／Fe3C納米線填充率高。對(duì)Fe／Fe3C納米線填充碳納米管復(fù)合材料的電磁性能進(jìn)行了測(cè)試,研究了該復(fù)合材料的微波吸收性能,結(jié)果表明:吸波涂層在厚度為2mm時(shí),在頻率為4.5 GHz時(shí)有強(qiáng)吸收峰,且隨著厚度的增加吸收峰往低頻方向移動(dòng),表明這種材料有望在低頻段實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的有效吸收。
　　 4.直接以不銹鋼為催化劑和基底,二甲硫醚為碳源,采用CVD法原位制備了金屬硫化物納米線填充的碳納米管

6、復(fù)合材料,由于二甲硫醚提供碳納米管生長(zhǎng)的碳源,和金屬硫化物的硫源,因此二甲硫醚的濃度是影響金屬硫化物納米線填充碳納米管復(fù)合材料原位生長(zhǎng)的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:能實(shí)現(xiàn)金屬硫化物納米線原位填充碳納米管的二甲硫醚的最佳濃度范圍為2.69％～3.86％。對(duì)金屬硫化物納米線原位填充碳納米管的生長(zhǎng)機(jī)制進(jìn)行了研究探討,金屬硫化物納米線是通過(guò)毛細(xì)作用原位填充進(jìn)碳納米管的內(nèi)腔中的。對(duì)金屬硫化物納米線填充的碳納米管復(fù)合材料的電磁性能進(jìn)行了測(cè)試,對(duì)其微波吸收性