單壁碳納米管的定向生長研究.pdf

1、碳納米管具有優(yōu)異的力學、電學、熱學和光學等特性，在場發(fā)射、納米電子器件、儲能材料、復合材料等方面有著潛在的應用價值。一般方法制備的碳納米管雜亂無章，在應用上受到了限制，因此人們采用化學氣相沉積法制備了定向的碳納米管。單壁碳納米管直徑小，較多壁碳納米管在長徑比、比表面和柔韌性方面具有更大的優(yōu)勢，但單壁碳納米管的定向生長還存在不少困難。
　　 化學氣相沉積法能制備直立的單壁碳納米管，而其中的一個關鍵條件是制備得到分布均勻、致密的催化

2、劑顆粒。與磁控濺射、真空蒸發(fā)等其它方法相比，采用旋轉涂膜法制備催化劑簡單易控、對設備要求低。本文采用金屬鹽/聚合物作催化劑溶液，研究了旋轉涂膜過程中旋涂速度、催化劑組分、還原溫度等因素對催化劑顆粒分布狀態(tài)的影響，結果表明：旋轉涂膜法制備了分布均勻的催化劑，在旋涂法制備催化劑過程中，溶劑揮發(fā)性越高、旋涂速度越大，催化劑分布越均勻、粒徑也越??；催化劑溶液中加入Al可促進催化劑顆粒均一分散，加入成膜性好的聚合物可提高催化劑顆粒在基底的密度，但

3、聚合物用量有一下限，高于此限經旋涂后才能均勻成膜，保證催化劑顆粒的均勻分布。聚合物和Fe/Co催化劑的質量分數決定了催化劑在硅表面的負載量，兩者的質量分數高時，催化劑顆粒密度高，但粒徑也增大。分別在催化劑溶液中添加聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)和聚吡咯烷酮(PVP)后，以PEG成膜時形成的催化劑粒徑最小。
　　 以乙炔作碳源，采用水助生長的CVD法制備了定向單壁碳納米管。反應過程中有水汽存在和較低的還原溫度(600℃)下

4、制備的催化劑顆粒粒徑小，有利于單壁碳納米管的形成。催化劑密度是決定碳納米管能否定向生長的關鍵因素。在一定的聚合物[PEG、PVA、PVP的質量分數為1.25％～5.O％]和Fe/Co催化劑用量范圍[w(Fe+Co)=0.05％+0.05％～0.2％+0.2％]內，旋涂法制備的催化劑密度高，均能實現碳納米管的定向生長，但僅w(PEG)=1.25％和w(Fe+Co)=0.05％+0.05％為本實驗條件下適宜定向生長單壁碳管的聚合物和催化劑用