碳纳米管金属复合材料的合成及其吸波性能

通过乙炔催化裂解制得碳纳米管,采用浓硫酸和双氧水的混合溶液对碳纳米管进行表面羟基化修饰,利用化学镀使Pd、Co以及FePt金属纳米粒子成功地吸附在碳管表面,结果发现碳纳米管及其复合物均为介电损耗型介质,Co-碳纳米管复合物相比纯碳纳米管在高频区域有较强的宽范围吸收.     

电弧法合成填充金属纳米粒子的碳纳米管

用阳极弧法合成了碳纳米管内包覆铁和钴等金属纳米粒子.对合成物用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、电子能谱(EDS)和Raman光谱等方法进行了鉴定和表征.发现包覆粒子的多壁碳纳米管的平均直径约为35nm,其端部和内部包覆的粒子不连续分布、粒径基本均匀,约为20nm.分析了阳极弧等离子体法合成碳纳米管内包覆金属纳米粒子的形成机理.     

稀土氧化物Nd2O3填充碳纳米管的微波吸收性能

通过湿化学法制备了稀土氧化物Nd2O3填充碳纳米管.高分辨透射电镜观测到纳米颗粒在碳纳米管内以纳米晶粒形态存在,并呈准连续状态分布.充填碳纳米管的Nd2O3的纳米颗粒提高了材料的磁损耗.采用HP8722ES矢量网络分析仪测量了样品在2～18GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率.依据传输线理论计算了材料的反射率(R)、匹配频率(fm)及匹配厚度(dm),结果表明,与未填充碳管相比,Nd2O3填充碳纳米管的相对介电常数虚部ε″减小,相对磁导率虚部μ″和磁损耗正切tanδm增大.当匹配厚度为3.0mm时,稀土氧化填充碳管在3.0GHz处吸收最强,其反射率峰值为-9.09dB,低于-5dB的频宽达0.77GHz.随着吸收层厚度的增加,Nd2O3填充碳纳米管的吸收峰向低频移动,吸收层在S波段具有较好的吸收效果.     

受限在单壁碳纳米管中的Pd-Au-Pt三元金属纳米粒子相变机理的研究

利用分子动力学模拟(MD)方法对受限于扶手椅型单壁碳纳米管中的(Pd_(0.33)Au_(0.33)Pt_(0.33))_(1522)三元金属纳米粒子在加热和冷却过程的相变机理进行了研究.总能量、结构和径向密度分布用于分析(Pd_(0.33)Au_(0.33)Pt_(0.33))_(1522)纳米粒子在加热和冷却过程中的结构特征.结果表明,受限在碳纳米管中的(Pd_(0.33)Au_(0.33)Pt_(0.33))_(1522)具有多层圆筒状结构,不同于游离的纳米粒子的结构.受限的(Pd_(0.33)Au_(0.33)Pt_(0.33))_(1522)三元金属纳米粒子的密度分布揭示了熔化起始于内层,结晶起始于金属与碳管的界面.本文揭示了受限Pd-Au-Pt纳米粒子熔化转变的结构特征.     

受限在单壁碳纳米管中金纳米粒子相变的分子动力学模拟研究

近年来,负载型金属纳米催化剂的制备及其性能研究一直是催化领域重要的研究课题.通过分子动力学(MD)模拟研究了受限在单壁碳纳米管(SWNT)内金纳米粒子在升温和降温过程中的相变.结果表明,受限金纳米粒子在室温下表现出两种不同类型的圆筒状多层结构.基于MD模拟,我们观察到了一个有趣的现象,即受限金纳米粒子的熔点随粒子增大而降低.对于受限的金纳米粒子来说,每一层的有序-无序的结构转变是受限金纳米粒子熔化的本质结构特征.     

碳纳米管的本征微波吸收特性研究

从碳纳米管电磁参数和微波吸收特性的实验结果出发,分析探讨了碳纳米管的本征微波吸收机理,并得出结论:界面极化吸收、多重反射和散射以及螺旋型碳纳米管的手性微波吸收是碳纳米管的主要本征微波吸收机理.碳纳米管的结构缺陷能增强极化效应,从而增加介电损耗;碳纳米管所具有的小尺寸效应、表面效应(比表面积大)、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等有利于其微波吸收.碳纳米管的电容率值远大于磁导率值,碳纳米管是一种介电损耗型吸波介质.     

碳纳米管的化学镀铁钴和电磁参数研究

基于化学镀方法将CoB和FeB二元合金包覆在多壁碳纳米管模板上,制备了一种新的一维纳米复合材料.将JEM-2010透射电子显微镜显示多壁碳管的外径从13 nm增加到35 nm,能量色散X分析仪也表明碳管的表面镀覆了铁磁性纳米金属颗粒.用Angilent8722ES矢量网络分析仪在2～18 GHz测试了复合材料的动态电磁参数,在2 GHz时,铁包覆碳纳米管复合材料的复介电常数的实部ε′和虚部系数ε″分别为23.90和14.31,在2 GHz时复磁导率的实部μ′和虚部μ″分别为2.64和1.63,而钴包覆碳纳米管复合材料的ε′,ε″,μ′和μ″分别为12.00,2.04,1.28 和0.39.在低频处复合材料的磁导率和磁损耗相对于纯碳管有明显的增加.这种电磁特性可以应用于微波吸收材料.     

碳纳米管-铜纳米线复合结构的形成和热力学稳定性

通过分子动力学的方法研究了碳纳米管填充一定数量的铜纳米粒子形成碳纳米管-铜纳米线(CNT/CuNW)复合结构的过程.通过构象演变和体系能量的变化,可以将整个的铜粒子填充碳纳米管的过程中可分为三个过程:构象调整,填充吸附和构象稳定.对比分析高温下包裹和填充形成CNT/CuNW复合结构的变化,可以看出填充形成的CNT/CuNW的稳定性比包裹形成的CNT/CuNW的稳定性要好.通过径对径向分布函数的分析,可以进一步确定,在填充形成的复合结构的熔点要比包裹形成的CNT/CuNW的高,这主要归因于碳纳米管高的热稳定性.     

碳纳米管中氢等离子体的介电特性及微波吸收机理研究

运用双流体理论和唯象模型,导出了碳纳米管中氢等离子体的复介电常数和微波吸收系数,构建了铁催化高压歧化生成的碳纳米管中氢等离子体的微波吸收模型,从理论上证明了铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子体中的带电粒子对微波产生的碰撞吸收是其主要微波吸收机理,揭示了铁催化高压歧化生成的碳纳米管对2.45 GHz的微波产生强烈吸收的物理机制.     

碳纳米管薄膜氢等离子体的微波衰减特性

研究了电子碰撞和自由电子密度分布对铁催化高压歧化生成的单壁碳纳米管中氢等离子体微波衰减的影响,运用Wentzel-Kramers-Brillouin(WKB)法理论推导了碳纳米管薄膜氢等离子体的微波衰减系数公式.模拟结果表明,随着单壁碳纳米管薄膜氢等离子体中自由电子密度的线性增加,衰减吸收峰值增加,衰减吸收峰向高频方向移动.随着电子有效碰撞频率的增加,衰减吸收峰向低频方向做微小移动.铁催化高压歧化生成的碳纳米管薄膜中氢等离子体对3-4 GHz的微波产生强烈衰减吸收.     

金属纳米颗粒对碳纳米管表面浸润特性的研究

利用分子动力学和第一原理计算方法,对3种典型金属纳米颗粒在碳纳米管表面的浸润过程进行了建模分析.结果表明,金属纳米颗粒在较低的温度即可融化,并对碳纳米管表面浸润,其浸润能力取决于碳纳米管对金属原子的吸附力和金属原子之间的吸引力,两者之间的力差决定了不同类型金属原子对碳纳米管表面的浸润特性.     

纳米粒子的表面修饰与纳米复合材料的制备

通过硅烷偶联剂处理纳米SiO2粒子,向其表面引入双键,采用溶液聚合方法在SiO2纳米表面进行接枝聚合,实现高分子对SiO2纳米粒子的表面包覆处理.采用IR、XPS对SiO2纳米粒子表面结构进行了表征研究,同时采用纳米粒子直接填充分散法将这种纳米复合粒子填充到聚丙烯基体,并对其力学性能和微观形貌进行研究.     

Fe填充碳纳米管微波吸收材料的研究

实验采用二茂铁热分解原位沉积法制备了金属Fe填充碳纳米管复合雷达吸波材料.高分辨透射电镜观测证实了Fe在碳纳米管内的填充发生,填充的金属Fe在碳纳米管内呈准连续的纳米线.采用HP8722ES矢量网络分析仪测量了样品在2～18 GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率.采用吸收屏理论公式计算材料反射率损耗、匹配频段及匹配厚度.结果表明,样品反射损耗随吸收层匹配厚度的增大,吸收峰向低频方向迁移.吸收层在Ku波段具有较好的吸波效果.当吸收层匹配厚度为3.5 mm时,在中高频范围内,反射衰减最大达-22.73 dB,反射衰减小于-10 dB的频宽达4.22 GHz.     

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·     

陶瓷材料吸收微波的微观机制

分析带电粒子在微波电场中动力学方程的解,可知微波电场对带电粒子做的功一部分变成粒子为克服周围环境阻尼力做功,另一部分变成粒子向外辐射的电磁波能量.材料本身吸收的微波能量就是材料内部所有带电粒子克服阻尼做功之和.材料对微波的吸收能力与阻尼系数关系极大.在金属中,自由电子受到的阻尼力非常小,所以金属对微波几乎全反射.在陶瓷材料中,带电粒子受到的阻尼非常大,所以陶瓷也很难吸收微波,与金属的全反射相反,微波几乎全部穿透陶瓷材料.随着温度的升高,陶瓷材料中带电粒子受的阻尼力下降,其对微波的吸收能力也大大增强.     

填充氩后单壁碳纳米管的导热系数

采用平衡态分子动力学(EMD)模拟方法,计算了填充氩后的(10,10)型和(15,15)型的单壁碳纳米管分别在不同温度下的导热系数.研究了它们随温度的变化情况,并将其与相应的空的碳纳米管的导热系数进行比较,分析在相同温度下,充氩对碳纳米管导热系数的影响.模拟结果发现:在500~1 200 K的温度范围内,(10,10)型碳纳米管和(15,15)型碳纳米管在填充了氩后其导热系数值均随着温度的升高呈下降趋势,这与空的碳纳米管的导热系数随温度的变化关系相似;在相同温度下,这2种类型的碳纳米管在填充了氩后的导热系数值均比相应的空的碳纳米管的导热系数值明显高很多.     

不同退火温度镍注入二氧化钛的结构与磁性

为了证实铁磁性的来源,选用注入剂量相同、退火温度不同的镍注入二氧化钛的4种样品,用同步辐射X线衍射、卢瑟福背散射/沟道实验和超导量子干涉仪,对样品分别进行了θ-2θ扫描、随机谱和沟道谱以及磁性的测试.结果表明:镍注入二氧化钛在高温退火后的结构发生了变化,形成了镍-纳米粒子,其嵌入二氧化钛中的镍-纳米粒子的结构和样品的磁性可以通过退火来调节.随着退火温度的增加,镍-纳米粒子的尺度增加,并且退火温度稳定在1 073 K以上;镍注入二氧化钛中能够测量到铁磁性,其主要原因是金属镍-纳米粒子的形成;另外,其他因素对二氧化钛铁磁性也有贡献,像辐照产生的缺陷、镍原子替位等.     

同轴微波共振探针诊断大气压等离子体射流的仿真

介绍了一种用于诊断大气压等离子体射流的同轴微波共振探针,利用微波传输线理论分析了探针共振谱与等离子体参数之间的关系.通过仿真模拟得知,探针的共振频率不受等离子体参数的影响,其共振频率与在空气中的共振频率一致;共振半高宽与等离子体的电子密度成正比,与电子温度成反比.根据分析与模拟结果,获得了一种诊断大气压等离子体射流的方法,研究同时表明,探针材料的电导率是产生误差的重要原因.     

中空银纳米球的制备及其性能研究

新型的金属纳米粒子因为独特的由表面等离子体共振诱导(SPR)的光学性质和很多的潜在应用而受到社会广泛的关注。在具有SPR效应的贵金属纳米粒子中,中空纳米结构有一个很高的散射系数,其共振频率通过改变中空核的尺寸和壳的厚度可以很容易地被控制。本论文中拟采用电化学方法结合电偶置换法在高定向热解石墨(HOPG)及金膜表面制备不同尺寸具有中空结构的银纳米阵列,研究了中空银纳米阵列的局域表面等离子效应(L-SPR),为其在SPR定性和定量研究中的应用提供理论指导。     

稀土元素在Ag-BaO光电薄膜中的作用

根据光电阴极的固溶胶理论,结合实验结果对稀土元素在Ag-BaO薄膜中的作用及其对光电发射性能的影响进行了分析。结果表明,增强光吸收和改善光电子输运条件是提高Ag-BaO薄膜光电发射电流的两个因素,而Ag纳米粒子的粒度对这两个因素都有重要影响。由于金属纳米粒子的光吸收是表面等离子激元的吸收,稀土元素在Ag-BaO薄膜中对Ag纳米粒子的细化,球化和密集的作用,使纳米粒子总表面增大,有利于增强薄膜的光吸收能力。Ag纳米粒子的细化还能够增大等效洛仑兹振子能量,降低金属微粒与半导体等效界面位垒,改善光电子输运条件,因而稀土元素在Ag-BaO薄膜中可以起到提高Ag-BaO薄膜的光电发射性能的作用。