用化学气相沉积法(CVD)制备碳基纳米管及导电性地研究
24页1、word毕 业 论 文题 目:用化学气相沉积法(CVD)制备 碳基纳米管及导电性的研究 学 院: 物理与电子工程学院 专 业: 物理学 学生: 向南 学 号: 3 指导教师: 王涛 日 期: 二零一五年四月 摘 要纳米材料被誉为21世纪的重要材料。碳纳米管(CNTs)自1991年被发现以来,这种新型一维纳米材料由于具有许多优异的性质和潜在的广阔的应用前景,已成为物理、化学和材料领域的研究前沿。本论文依据目前碳纳米材料的研究发展现状,阐述了碳纳米材料研究制备中所采用的方法,并对其制备的碳纳米的应用围进行了初步探讨,并着重开展了用化学气相沉积法制备碳纳米管的研究,同时阐述了我们团队用化学气相沉积法制备碳纤维碳基纳米管的实验过程并对碳纤维碳基纳米管的导电性及弯曲程度下的电阻变化进行了实验。本文实验结果对于扩大CVD法制备CNTAs的规模、推动CNTAs的应用研究,具有非常重要的实际意义及一定的理论意义。 关键词:碳纳米管;生长机理;制备方法;化学气相沉积法;导电性。目 录0 引言11 碳基纳米管简介2 1.1 碳基纳米管21.1.1 发现历史21.1.2 结构特征31.1.3 分类41.1.
2、4 性质4 1.2 碳基纳米管的生长机理61.2.1 顶部生长机理61.2.2 底部生长机理62 纳米管的制备方法7 2.1 电弧放电法7 2.2 等离子体法8 2.3 激光蒸发法8 2.4 催化裂解法9 2.5 化学气相沉积法93用CVD制备碳纤维碳基纳米管及导电性的研究13 3.1用CVD制备碳纤维碳基纳米管的过程 131314 3.1.3纳米纤维碳基纳米管的制备15 3.2研究碳纤维碳基纳米管的导电性及弯曲程度下的电阻变化16 3.2.1研究碳纤维碳基纳米管的导电性16 3.2.2研究碳纤维碳基纳米管在不同弯曲程度下电阻的变化174 小结185 致18参考文献19 / 0 引言纳米材料常被称为纳米结构材料,是因为这类材料一般是由尺寸介于0.1-100nm之间的超细颗粒组成的。纳米材料按照空间维数可分为:零维的纳米粉体,如纳米尺度微粒、原子团簇等;一维的纳米纤维,如纳米棒、纳米线、纳米管;二维的纳米薄膜,如超薄膜、多层膜、分子束外延膜 1 。目前已实现工业化生产的纳米材料还比较有限,主要是一些纳米粉体材料。碳元素是自然界最普遍的元素之一,但其独特的成键特点使碳作为单一元素也能够形成
3、多种结构和性质的物质。然而长期以来,由于人们一直未发现和制备出能够稳定存在的其他碳素体,故认为自然界只存在三种碳的同素异形体:金刚石、石墨和无定形碳。碳原子可以通过 sp3杂化或者sp2杂化分别形成近乎各向同性的金刚石结构或各向异性的六角网格石墨层状结构3。石墨层碳原子以sp2杂化轨道电子形成的键相连接,形成牢固的六角环网状结构,而层间则存在着微弱的德华力。层面与层间成键的差异,导致石墨晶体结构遭到破坏时,总是破碎为微小尺度的片状微晶。当石墨微晶的尺寸很小(1-100nm)时,此时微晶中只有数目有限的碳原子,而石墨层边缘具有悬挂键的碳原子的相对密度很大,为了使系统能量达到最低,这些具有悬挂键的碳原子就会相互结合从而成键,使石墨平面弯曲封闭形成闭合的壳层结构。 1985年,英国化学家Kroto和美国的Smalley及Curl合作研究碳团簇与宇宙空间存在的常红外吸收的关系,他们利用激光蒸发团簇的实验设备来制备长链碳分子,测量时意外地发现了由20个六角环和12个五角环组成的足球状多面体C60,其中60个碳原子分别位于由20个六边形环与12个五边形环组成多面体的顶点上。C60分子作为碳家族中的
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