气流控制的碳纳米管的定向生长研究

通过严格控制气流的方向和催化剂颗粒的密度,加以利用材料自身的重力作用,用热化学气相沉积（T-CVD）的方法在硅衬底上制备了长度可控且与衬底平行的碳纳米管（CNTs）。并研究了催化剂的厚度,生长时间和重力等因素对碳纳米管定向生长的影响。利用扫描电镜对制备的碳纳米管进行了表征。     

不同过渡层和电场方向对碳纳米管或纤维生长的影响

利用等离子体增强化学气相沉积系统沉积了碳纳米管或纤维，并用扫描电子显微镜研究了它们的生长和结构．为避免碳纳米管或纤维在生长过程中从衬底Si表面上脱落，先在Si表面上溅射沉积了金属过渡层Ti或Ta，然后再沉积催化剂NiFe．结果发现Ti和Ta过渡层对碳纳米管或纤维的结构有很大的影响．另外，还发现衬底Si放在支架的不同位置，碳纳米管或纤维的生长方向不同，这可能是由于辉光放电产生的非均匀电场所致．对不同过渡层和电场方向对碳纳米管或纤维生长的影响进行了分析和讨论．     

硅纳米孔柱阵列上低温无催化剂生长碳纳米管

采用化学气相沉积的方法在硅纳米孔柱阵列衬底上无催化剂生长出碳纳米管.分别在新制备的和制备后再在常温下自然氧化一周的硅纳米孔柱阵列衬底上进行无催化剂生长碳纳米管,结果发现新制备的硅纳米孔柱阵列表面没有碳纳米管长出,而自然氧化一周的硅纳米孔柱阵列表面有大量的碳纳米管出现.从硅纳米孔柱阵列的结构及表面氧化程度的不同加以分析,提出了无催化剂生长碳纳米管的生长机理,为在无金属催化剂条件下生长碳纳米管提供了一种新的方法.     

优化催化剂密度改善碳纳米管薄膜纯度与场发射特性

对涂敷有不同浓度催化剂的硅基生长出的碳纳米管薄膜的生长状况和特性进行了研究，并且获得了催化剂的优化浓度，在基底上涂敷氢氧化铁溶胶从而引入催化剂颗粒，用低压化学气相沉积法生长出碳纳米管薄膜，工艺表明，碳纳米管薄膜的生长状况受到催化剂密度的影响，当密度太高时，碳纳米管薄膜的尖端效应不明显，且杂质含量较高；当密度太低时，无法生长出均匀的碳纳米管薄膜，扫描电镜分析和场发射特性测试表明，涂敷有优化浓度的催化剂生长出的碳纳米管薄膜，具有更明显的尖端效应，更高的纯度，阈值电压降到95V，透射电镜观察到的碳纳米管直径为10-100nm。     

定向生长碳纳米管的研究进展

由于碳纳米管具有独特的结构和性能，因而自从被发现以来一直受到人们的关注，近年来，已利用各种方法成合成出碳纳米管，特别是利用化学气相沉积（CVD）方法制备了高度准直的碳纳米管，实现了碳纳米管的定向生长，使得碳纳米管具有更加广泛的应用价值和研究价值。本文综述了近几年CVD定向生长碳纳米管的方法和生长机制，分析和讨论了不同制备方法对碳纳米管生长过程的影响，同时还着重分析了催化剂颗粒在碳纳米管的生长过程中对定向生长碳纳米管的作用。     

催化剂对乙醇火焰燃烧制备碳纳米管的影响

采用乙醇火焰燃烧,通过在镍基板上涂敷催化剂前驱体制备碳纳米管。借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、XRD和拉曼光谱等分析了不同催化剂对碳纳米管形貌及结构的影响。结果表明:在乙醇火焰中,对碳纳米管生成起催化作用的是金属氧化物纳米粒子,其催化活性的顺序为:氧化镍>氧化铬>氧化钼>氧化钴。催化剂不仅影响碳纳米管的生长速率,而且碳纳米管的直径和管壁的石墨结晶状态也随催化剂的不同而不同。     

稀土元素修饰催化剂对碳纳米管生长的影响

在催化裂解乙烯生长碳纳米管时，在将稀土元素加入过渡金属催化剂可使合成碳纳米管的温度降至560℃，在稀土元素影响温区（＜600℃），内，碳纳米管的产率可提高约250％，合成的碳纳米管直径随温度变化的测试表明，在反应温度为560℃时直径最小，约为10nm以下，且非晶碳颗粒最少。     

Si纳米线的气-液-固生长与结构表征

以Au膜作金属催化剂、SiH4作为源气体,基于气-液-固(VLS)生长机制在n-Si(111)单晶衬底上制备出了Si纳米线.利用扫描电子显微镜对样品进行了结构表征,Si纳米线的直径为20～200 nm、长度为数微米到数十微米,X射线能量损失谱分析表明所制备的Si纳米线中含有少量的Au元素.讨论了生长温度、SiH_4流量、Au膜层厚度和生长时间对Si纳米线的形成与结构的影响.     

短碳纳米管的制备

本文利用活性碳、氧化硅和二茂铁的混合物通过气相高温的方法在石英衬底上制备了直径在30～100mm、长约为1μm的短碳纳米管,并通过扫描电镜、投射电镜、电子衍射以及EDS对碳纳米管的形貌及成分进行分析。并对短碳纳米管的形成作了讨论．     

单壁碳纳米管的制备和纯化研究

采用双金属Eu/Ni做为催化剂,用直流电弧放电法制备单壁碳纳米管(single walled carbon nanotubes, SWNTs),并对其进行了纯化处理.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱对所得样品进行了表征.结果表明,以双金属Eu/Ni为催化剂与Y/Ni为催化剂合成的单壁碳纳米管直径分布相近,其中1.36 nm为直径的碳纳米管占多数.经纯化处理的单壁碳纳米管有较高的纯度.     

催化裂解法制备螺旋状碳纳米管的实验研究

在硅片上用直流溅射镀铁的方法制备催化剂 ,通过乙炔在 70 0°C下催化裂解制备碳纳米管 .对热解产物进行了扫描电镜观察和 X射线衍射测试 .本文通过对有氢气预处理和没有氢气预处理两种情况下催化裂解法制备的碳纳米管的形貌、管径大小等性质的研究 ,来初步揭示螺旋状碳纳米管的生长机理 .     

压强对PECVD制备碳纳米管的影响

采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD),以C2H2、H2和N2为反应气体,在镀Ni催化剂的Si基底上成功制备出多壁碳纳米管薄膜.并通过扫描电镜拍摄其表征,系统、深入地研究了沉积压强对碳管形貌的影响.结果表明:沉积压强对催化剂的刻蚀和碳纳米管薄膜的形成起着重要作用,获得定向性良好、分布均匀、密度适中的碳纳米管的最佳沉积压强是300 Pa.     

Piezoresistive effect in carbon nanotube films

The piezoresistive effect of the pristine carbon nanotube(CNT)films has been studied.Carbon nanotubes were synthesized by hot filament chemical vapor deposition.The piezoresistive effect in the pristine CNT films was studied by a three-point bending test.The gauge factor for the pristine CNT films under 500 microstrains was found to be at least 65 at room temperature,and increased with temperature,exceeding that of polycrystalline silicon(30at)30℃.The origin of the piezoresistivity in CNT films may be ascribed to a pressure-induced change in the band gap and the defects.     

碳源浓度对掺硼金刚石/多孔钛复合材料制备的影响

利用热丝化学气相沉积技术,在多孔钛膜上生长重掺硼金刚石薄膜,研究了碳源浓度对复合膜表面形貌及薄膜质量的影响.结果表明钛膜表面沉积的掺硼金刚石薄膜因碳源浓度的不同而不同,掺硼金刚石薄膜的质量随碳源浓度的减小而提高.金刚石/钛复合膜因碳源浓度的不同会产生复杂的变化,在重掺杂高碳源浓度下金刚石生长抑制碳化钛的形成.     

催化剂、基底对ECR-CVD法制备碳纳米管的影响

采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积技术(ECR CVD),CH4和H2为气源,分别以Fe3O4,Co纳米粒子及Fe(NO)3溶胶为催化剂在多孔硅基底上制备了碳纳米管;在Si(111)和石英基底上以Fe3O4纳米粒子为催化剂实现了碳纳米管的生长·使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对样品的形貌、尺寸及结构进行表征·讨论了催化剂和基底对碳纳米管形貌、密度和取向性的影响·结果表明:催化剂影响碳纳米管的成核密度和生长速度,基底通过影响催化剂的特性和分布均匀性,对碳纳米管的形貌和生长模式产生重要影响,以Fe3O4为催化剂在多孔硅上实现了碳纳米管的最优定向生长·     

Diameter-controlled growth of aligned single-walled carbon nanotubes on quartz using molecular nanoclusters as catalyst precursors

Molecular nanoclusters containing Fe and Mo atoms have been used as catalyst precursors for the growth of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) on stable temperature (ST)-cut quartz substrates by chemical vapor deposition. Attribute to the uniform catalyst nanoparticles and the confinement effect of the crystalline substrates, well-aligned SWNTs with narrow diameter distribution have been synthesized. Atomic force microscopy measurements show that the mean diameter of the nanotubes obtained by thermal decomposition of ethanol at 900°C is 0.76 ± 0.16 nm, which is the smallest among all reported results for aligned SWNTs. The mean diameter of the nanotubes increases with growth temperature. In addition to using identical nanoclusters as the catalyst precursors, the avoidance of annealing treatment of catalyst precursors is also a key point for obtaining SWNTs with controlled diameters. Using these identical nanoclusters as catalyst precursors and carefully tuning the growth parameters make us closer to the ultimate goal of controlling the chirality of SWNTs.     

Effects of Temperature and Catalyst Concentration on the Growth of Aligned Carbon Nanotubes

The effects of preheating and pyrolysis temperatures and catalyst concentration on the synthesis of aligned carbon nanotubes （CNTs） using ferrocene as the catalyst and xylene as the carbon source in chemical vapor deposition were experimentally studied. The as-grown aligned CNTs were characterized by field emission scanning electron microscopy, transmission electronic microscopy, high-resolution transmission electronic microscopy, and Raman spectroscopy. The growth rate, the diameters, and the degree of crystal structure of the aligned CNTs were all found to depend on the preheating and pyrolysis temperatures and the catalyst concentration. The optimized conditions for the growth of aligned CNTs resulted in a rapid growth rate of 20.4 um/min, with the CNTs having a good, uniform crystal structure, and clean surfaces with little amorphous carbon. The results also show that higher preheating temperatures and lower ferrocene concentrations favor the growth of single-walled CNTs.