表面上单壁碳纳米管的可控生长

单壁碳纳米管因其特殊的结构和优异的电学性质可能成为未来纳米器件的支撑材料之一. 如何获得结构和性能完全可控的单壁碳纳米管, 如何用碳纳米管构筑各种可能的器件结构单元, 这是人们目前研究的热点问题. 实现单壁碳纳米管在表面的直接可控生长将有助于获得结构和性能可控的纳米管. 本文主要从表面上单壁碳纳米管的生长条件、生长的可控性和生长机理等几个方面对单壁碳纳米管在表面上的可控生长进行综述.     

气相刻蚀选择性制备单一导电属性单壁碳纳米管

单一导电属性单壁碳纳米管的控制制备是目前碳纳米管研究领域的重点和难点,也是制约其在微纳电子器件中应用的瓶颈.近年来,研究者致力于发展获得单一导电属性单壁碳纳米管的方法,并取得了较大进展.其中,气相选择性刻蚀方法因具有工艺简单、效果显著、易规模化等特点而备受关注.本文简要介绍了气相选择性刻蚀方法制备单一导电属性碳纳米管的原理及特点,并综述近年来原位生长-刻蚀制备研究所取得的主要进展,最后展望其发展趋势.     

封面说明

<正>单壁碳纳米管具有结构依赖的导电属性,即碳原子排布方式的不同可使得单壁碳纳米管表现为金属性或半导体性.金属性单壁碳纳米管可用于电路连接导线及构建柔性透明导电薄膜,半导体性单壁碳纳米管可作为场效应晶体管的沟道材料等.然而,通常制备的单壁碳纳米管样品中包含约1/3的金属性和2/3的半导体性碳纳米管,这极大制约了单壁碳纳米管在电子器件中的应用.因此,单一     

基于自组装膜的多壁碳纳米管模板化沉积

在同一基底上构建甲基与氨基表面自组装膜模板, 将模板浸入多壁碳纳米管N,N-二甲基甲酰胺(DMF)分散液中, 由于氨基与甲基表面自组装膜分别对分散液中碳纳米管有吸附和排斥作用, 多壁碳纳米管选择性地沉积到模板的氨基表面自组装膜区域, 实现了碳纳米管的模板化可控沉积, 对常温下构建基于碳纳米管的纳米结构与器件具有重要的意义.     

单/双壁碳纳米管-层状金属氧化物片层交织结构的三维纳米复合材料

将一维的碳纳米管与二维的片层材料组合形成多级有序的三维纳米结构材料, 可获得许多奇特的新性能. 目前将碳纳米管分散在基体中形成了多种复合材料, 发现其力学、电学、磁学、热学以及输运性能都呈现了显著的增强, 但是在基体中均匀地分散碳纳米管往往是材料组装过程中的核心问题. 发展有效可控的一维/二维材料有序组装方法是获得高性能材料的关键. 碳纳米管生长结束后, 在表面活性剂、生物大分子辅助下超声、剪切、搅拌等是其分散常用的方法. 如果能利用碳纳米管生长过程中借助特殊结构的催化剂及工艺对碳纳米管的排列及分散进行原位控制, 这样就有望一步获得碳纳米管高度分散、多级有序、高性能的三维纳米复合材料. .....     

基于多肽和蛋白质分子的纳米生物界面效应及其应用研究

通过对纳米结构进行表面生物和化学修饰,能够赋予其崭新的界面性质.本文概述了纳米颗粒表面共价修饰和非共价修饰多肽和蛋白质的常用方法,对比了两种修饰方法的优缺点以及构筑纳米生物结构存在的问题;并介绍了多肽和蛋白质界面修饰在改善纳米颗粒生物稳定性、生物分布和靶向性方面的研究工作;在此基础上介绍了纳米生物结构基于抗原-抗体特异性识别在生物检测领域的应用;此外,简单介绍了纳米生物结构在应用过程中所面临的挑战.希望本综述能够有助于科技工作者了解纳米生物结构的构筑方法及其应用方面的进展和挑战,为多肽和蛋白质修饰纳米结构的设计合成提供一些启发和思路.     

拉曼光谱在碳纳米管聚合物复合材料中的应用

拉曼光谱学不仅被广泛地用来确定碳纳米管的物理性质、表面功能化程度及取向性等, 也逐渐被发展成为研究碳纳米管聚合物复合材料界面相互作用的绝佳工具. 本文综述了拉曼光谱在碳纳米管聚合物复合材料领域的应用研究. 基于碳纳米管拉曼光谱峰位的变化能够灵敏地反映碳纳米管的形变程度, 因此通过拉曼光谱能够定量地评估复合材料中碳纳米管与聚合物分子之间的相互作用、监测聚合物的相变过程、以及进行碳纳米管在复合材料中的应力分析和计算碳纳米管的杨氏模量. 同时, 给出了将拉曼光谱应用到碳纳米管宏观聚集体(包括碳纳米管薄膜、碳纳米管纤维及其复合材料纤维)研究方面的最新进展, 如分析了碳纳米管宏观聚集体材料的微观变形机理和从宏观结构到微观结构的应变传递效率, 揭示了影响材料性能的关键性因素, 并实现了碳纳米管宏观聚集体杨氏模量的准确预测.     

表面主客体复合自组装纳米结构的STM 研究

基于自组装的基本原理, 以“自下而上”的方式在表面构筑主客体复合纳米结构是纳 米科学与技术研究的重要内容之一, 并在单分子科学和纳米电子学等领域具有重要意义. 扫描隧道显微镜(STM)以其原位、实时、实空间和原子级分辨的优点, 在主客体复合体系 表面自组装的研究中发挥了不可替代的作用. 在表面组装中, 主客体分子之间有多种不同 的复合模式, 最常见的是客体分子填充于由主体分子构成的含有空腔的二维骨架结构, 空 腔的大小和对称性由主体分子的结构调节, 客体分子通过尺寸匹配等效应填充; 客体分子 能够沿着主体分子形成的单层结构外延生长, 在主体分子层上面形成第二层客体结构; 此 外, 主体分子形成的组装结构能够根据客体分子的尺寸和形状做出相应的改变来适应不同 的客体分子, 进一步丰富了主客体复合结构的内涵. 本文以主客体分子之间的复合方式为 主线介绍固体表面构筑主客体复合纳米结构的最新进展.     

碳纳米管阵列的可控生长及应用

取向阵列结构是碳纳米管聚集体中的一种重要形式,可以通过化学气相沉积(CVD)技术可控制备,是实现碳纳米管结构与性能从微观向宏观跨越的重要桥梁.本文综述了近期碳纳米管阵列(包括水平阵列和垂直阵列)的制备技术进展,以及它们在纳电子器件、高性能纤维、功能薄膜与器件、能源存储等领域的应用现状,并对碳纳米管阵列制备与应用仍然面临的一些关键问题以及未来潜在的发展方向进行了分析和展望.     

铜表面化学气相沉积石墨烯的研究进展:生长行为与控制制备

以铜作为基体的化学气相沉积法(CVD)是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法,具有产物质量高、层数均一等优点,已成为制备大面积、单层石墨烯的主要方法.本文围绕铜表面CVD控制生长石墨烯,结合对石墨烯的结构和生长行为的初步认识,介绍了质量提高、层数控制以及无转移生长等控制制备方面的最新研究进展,并展望了该方法制备石墨烯的可能发展方向,包括大尺寸石墨烯单晶以及不同堆垛方式的双层石墨烯的控制生长等.     

以液化石油气为碳源在球面上低成本批量制备碳纳米管阵列

采用廉价的混和工业原料石油液化气作为碳源, 通过浮游过程在陶瓷球表面实现了碳纳米管阵列的大批量制备. 陶瓷球提供了的大比表面积和较好的流动性, 使碳纳米管阵列的连续批量生产有望实现. 在陶瓷球表面获得的碳纳米管阵列取向好, 直径可控, 原生阵列纯度高达97.5%. 若进一步降低反应温度, 可以制备得到直径约为13 nm的小直径碳纳米管阵列. 因此, 通过直接采用工业燃料作为碳源、球表面作为生长基板, 可以低成本大批量制备碳纳米管阵列.     

用多孔氧化铝模板制备高度取向碳纳米管阵列膜的研究

用多孔氧化铝（ＡＡＯ）模板（孔径约 ２５０ ｎｍ,孔密度约 ５．３×１０~８ｃｍ~(－２),厚度约 ６０μｍ）进行化学气相沉积（ＣＶＤ）,成功地制备出大面积高度取向的碳纳米管有序阵列膜．用透射电子显微镜（ＴＥＭ）和扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察了阵列膜的表面形貌和碳纳米管的结构．发现碳纳米管的长度和管径取决于ＡＡＯ模板的厚度和孔径,碳纳米管的生长特性与模板的结构、催化剂颗粒、反应气体热解温度、流量比例以及沉积时间等因素有关．该方法工艺简便,可使碳纳米管的结构均匀一致,排列分立有序,形成一种有用的碳纳米管自组装有序阵列复合结构,且成本低,能实现大面积生长,非常利于碳纳米管基础与应用研究．     

L-苯丙氨酸在单壁碳纳米管上的吸附行为

采用一种简单、绿色的过程获得了稳定的单壁碳纳米管/L-苯丙氨酸溶液. 除纯化及氧化过程, 单壁碳纳米管未进一步功能化. 结合多种物理化学表征方法对L-苯丙氨酸在单壁碳纳米管上的吸附机理进行了研究. 氧化后的单壁碳纳米管对苯丙氨酸的吸附量为33%(质量分数), 单壁碳纳米管对吸附于其上的苯丙氨酸的热分解具有催化作用. 对不同直径的单壁碳纳米管, 苯丙氨酸具有吸附选择性, 优先吸附于直径较小的单壁碳纳米管. 在π-π相互作用、H键和部分共价键的共同作用下, 苯丙氨酸被吸附在单壁碳纳米管上.     

基于磁小珠-DNA-碳纳米管三明治组装体的光散射信号检测丙型肝炎病毒基因序列

基于碳纳米管光散射和磁小珠易分离特性, 以丙型肝炎病毒的一段相关基因序列为实例, 通过检测磁小珠-DNA-碳纳米管组装形成的三明治结构产生的光散射信号建立了一种简便、快速、灵敏、免标记检测病毒基因序列的方法. 由于单链DNA能通过π-π共轭缠绕在多壁碳纳米管表面, 而双链不能, 因而将丙肝病毒的一段相关DNA探针通过共价偶联修饰的磁小珠就能与多壁碳纳米管结合形成三明治结构, 而当有靶物DNA存在时, 因修饰在表面的DNA探针与靶物DNA进行特异性杂交阻碍三明治结构的形成. 测定通过磁性分离三明治结构后上清液的光散射信号, 发现在295 nm处的光散射强度与1.0×10^-6~4.0×10^-8 mol/L靶物DNA呈现良好的线性关系, 检测限(3σ)为40 nmol/L (n=10).     

非受限条件下二维冰的形成及生长机制

受限和界面水/冰在自然界中无处不在,在岩石断裂、摩擦和纳米流体等领域发挥着重要作用.纳米级高度受限的环境可以破坏水中氢键网络,从而增加二维水/冰的可能多晶型物的数量.然而近期许多研究揭示了在不需要纳米级限制的情况下也可以形成二维冰的可能性,比如在石墨烯、Pt(111)表面、Ru(0001)衬底和Au(111)表面上都观察到二维双层六角冰(bilayer hexagonal ice, BHI)的生长.本文综述了非受限条件下,二维冰形成和生长的理论研究进展,着重阐述表面浸润性以及表面结构对二维冰形成所起的关键作用.在非受限条件下, BHI冰岛锯齿形边缘通过集体桥接机制生长.相比之下,扶椅形边缘的生长涉及局部播种和边缘重构.在应用方面,这种BHI的存在可以决定冰晶在亲水表面的取向,进而控制冰晶在表面的生长模式.     

利用纳米分子团簇作为催化剂前驱体在石英基底上取向生长直径可控的单壁碳纳米管阵列

由于单壁碳纳米管(SWNTs)具有优异的电子学性质,一直被看作是下一代纳电子器件的首选材料[1].对于碳纳米管的生长机理,大家比较公认的是VLS(vapor-liquid-solid)机理.单壁碳纳米管的结构控制还是一个很大的挑战,对其直径的控制是第一步.     

分离单壁碳纳米管的库伦爆炸法

虽然目前人们能够大量制备单壁碳纳米管,但由于管与管之间存在比较大的范德华力,所得到的碳纳米管往往相互纠缠,形成碳纳米管束.国家纳米科学中心孙连峰研究组与中国科学院物理研究所解     

乙醇作为碳源的碳纳米管阵列氧化铝模板法制备

以乙醇为碳源在低气压条件下利用化学气相沉积(CVD)技术在多孔氧化铝模板中制备了碳纳米管阵列. 扫描电子显微镜(SEM)和低分辨透射电子显微镜(TEM)成像结果表明, 所得碳纳米管的外径和长度高度统一, 完全受制于所制备的多孔氧化铝模板阵列纳米孔道. 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)成像表明, 所得碳纳米管的管壁石墨化程度虽与自由生长的多壁碳纳米管管壁石墨化程度还有一定差距, 但已明显高于目前文献所报道的此类碳纳米管. 作为对比, 在相同生长条件下使用乙炔作为碳源也得到了碳纳米管阵列, HRTEM成像结果和Raman光谱证明, 其管壁的石墨化程度较前者要低得多. 本文提出羟基自由基对无定形碳的刻蚀作用对碳纳米管管壁的石墨化有重要影响; 另外, 初步探讨了多孔氧化铝模板阵列纳米孔道的光滑程度对碳纳米管生长的影响.     

MoO3单壁纳米管研究取得重要成果

自Iijima在1991年发现碳纳米管以来,全世界对碳管的结构和性能进行了大量的研究,对碳纳米管的合成、纯化分离、性质进行了充分细致的探索,并逐渐在纳电子学、场发射、探针针尖制备以及气体传感器等多领域得以应用.而时隔不久发现的单壁碳管更显示出其超越多壁碳管的突出特性,大规模的合成和纯化已成为可能。     

简单溶液法组装碳纳米管三维垂直网络构架

通过溶液法成功地组装了三维碳纳米管网络状结构, 这些纳米结构在局部范围内较有 序, 相互之间纵横交错且交叉角在90°附近. 其中, 三维碳纳米管网络状结构连接的节点稳定而且与各个连接的纳米管相通, 这将拓展碳纳米管网络状结构的应用, 如导电和物质输运等. 进一步的研究发现, 三维碳纳米管网络状结构和三维碳纳米管网络状结构/银复合材料可用作检测氨气的气敏性. 该溶液相组装碳纳米管的技术, 不仅仅突破了以往只有物理法组装碳纳米管网络状结构的限制, 而且为碳纳米管的下一代组装提供了一条新途径.