單壁碳納米管的定向生長(zhǎng)研究.pdf

1、碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)等特性，在場(chǎng)發(fā)射、納米電子器件、儲(chǔ)能材料、復(fù)合材料等方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。一般方法制備的碳納米管雜亂無(wú)章，在應(yīng)用上受到了限制，因此人們采用化學(xué)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(zhǎng)徑比、比表面和柔韌性方面具有更大的優(yōu)勢(shì)，但單壁碳納米管的定向生長(zhǎng)還存在不少困難。
　　 化學(xué)氣相沉積法能制備直立的單壁碳納米管，而其中的一個(gè)關(guān)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(zhuǎn)涂膜法制備催化劑簡(jiǎn)單易控、對(duì)設(shè)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(zhuǎn)涂膜過(guò)程中旋涂速度、催化劑組分、還原溫度等因素對(duì)催化劑顆粒分布狀態(tài)的影響，結(jié)果表明：旋轉(zhuǎn)涂膜法制備了分布均勻的催化劑，在旋涂法制備催化劑過(guò)程中，溶劑揮發(fā)性越高、旋涂速度越大，催化劑分布越均勻、粒徑也越小；催化劑溶液中加入Al可促進(jìn)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(jīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)決定了催化劑在硅表面的負(fù)載量，兩者的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高時(shí)，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(shí)形成的催化劑粒徑最小。
　　 以乙炔作碳源，采用水助生長(zhǎng)的CVD法制備了定向單壁碳納米管。反應(yīng)過(guò)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(zhǎng)的關(guān)鍵因素。在一定的聚合物[PEG、PVA、PVP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(nèi)，旋涂法制備的催化劑密度高，均能實(shí)現(xiàn)碳納米管的定向生長(zhǎng)，但僅w(PEG)=1.25％和w(Fe+Co)=0.05％+0.05％為本實(shí)驗(yàn)條件下適宜定向生長(zhǎng)單壁碳管的聚合物和催化劑用