碳納米管的化學氣相沉積制備工藝及其氮離子束轟擊的研究.pdf

1、碳納米管自被科學家發(fā)現(xiàn)以來,經過人們長年累月的不斷研究,對碳納米管的機械性能和微觀結構等各個方面都有了比較深刻的了解,并在科學基礎研究領域和工業(yè)應用領域取得了重要的科學進展,同時實現(xiàn)了碳納米管的工業(yè)化生產。目前碳納米管制備領域的重點和難點就是能否制備出滿足人類特定要求的碳納米管。本課題基于本學校實驗室的基本條件,系統(tǒng)地研究了碳納米管的生長影響因素,優(yōu)化了其制備工藝;并探索了氮離子束轟擊碳納米管的實驗參數(shù)工藝,以實現(xiàn)碳納米管性能的改變。利

2、用接觸角測量儀,光電子能譜,拉曼光譜儀,掃描電子顯微鏡以及透射電子顯微鏡對實驗樣品的微觀結構進行檢測和分析,進一步優(yōu)化實驗設計實驗結果顯示:碳納米管制備實驗中,影響碳納米管生長的因素主要有溫度、催化劑和生長環(huán)境等,反應溫度對碳納米管的生長起主要性的作用。碳管直徑隨反應溫度升高呈現(xiàn)上升的趨勢,且管徑趨于均勻,并在860℃達到最大104nm;但隨溫度進一步增加,碳管直徑減小,當溫度為900℃時,碳管直徑減小到78nm左右。催化劑濃度主要通過

3、鐵膜厚度來體現(xiàn),它影響著碳納米管的直徑大小和粗細程度。當鐵膜厚度為15nm時,催化劑濃度達到最大,碳納米管長得粗細比較均勻,雜質較少。在含氮碳納米管制備實驗中,當反應溫度為950℃時,碳管長得十分均勻,無定型碳等雜質較少,在基底上形成一層均勻的碳納米管薄膜;碳納米管的外徑集中在50-100nm之間,內徑為10-20nm;樣品表面碳納米管的接觸角為124.69°,判斷為疏水性材料;XPS分析結果顯示,樣品表面的氮原子含量隨溫度的升高呈上升

4、趨勢,樣品表面N/C比最大達到1/23,其氮原子百分比最大為4.06％,同時氮原子結合能也增大為401.10eV。經分析TEM結果發(fā)現(xiàn),樣品中碳納米管由周期性的納米級齒形節(jié)組成的,確實是竹節(jié)碳納米管。在碳納米管改性的研究中,利用超高真空離子束輔助沉積系統(tǒng)對碳納米管薄膜進行氮離子束轟擊實驗。實驗結果顯示,隨著N轟擊束流強度的增加,碳納米管的親水性呈現(xiàn)增大趨勢,氮元素改變了實驗樣品的親水性。當束流強度增大為15mA時,接觸角減小為72.64