超长单壁碳纳米管的化学气相沉积生长

自单壁碳纳米管被发现以来, 由于其独特的结构、优越的性能和广阔的应用前景而备受关注. 超长单壁碳纳米管的制备对单壁碳纳米管基本性质的研究和实际应用都具有重要意义. 人们在超长单壁碳纳米管的定点、定向生长和构筑各种结构方面做了很多工作并取得很大进步, 但目前仍存在一些挑战性的问题. 本文就在基底表面上利用化学气相沉积法生长超长单壁碳纳米管的生长条件、各种表面结 构的构筑、生长机理等方面的问题做一综述.     

单壁碳纳米管的荧光恢复研究

单壁碳纳米管因其独特的结构及优良的光学、电学、力学和磁学性能,在纳电子器件、储能、场发射与平板显示和结构增强等众多领域具有广阔的应用前景.单壁碳纳米管可在近红外波长范围内发射接近连续的光致发光和电致发光,有望成为未来纳光电器件和光器件的基础材料,     

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.     

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. .....     

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     

单壁碳纳米管的分离方法

单壁碳纳米管根据长度、管径、导电属性、手性和对称性的不同分为多种结构类型.结构不同的单壁碳纳米管在光、热、电、磁等物理性质以及许多化学反应方面表现不同,因此在应用方面有很大的差异.为了获得结构均一的单壁碳纳米管,人们发展了多种分离方法.这些方法包括梯度密度离心法、共价修饰分离法、非共价修饰分离法、电泳分离法、色谱分离法、场流分离法、萃取分离法、刻蚀分离法、基于电流效应分离法、胶带法和洗涤法.根据单壁碳纳米管的结构特征,分离可以分为5个层次,依次是长度、管径、导电属性、手性和对称性.导电属性的分离是目前研究的重点,半导体性单壁碳纳米管同时具有带隙、超小尺寸和超高载流子迁移率,在纳电子领域有广阔的应用前景,有望取代硅基器件引发下一代电子器件革命.手性管和对映异构体的分离是新的发展点,近期手性管的分离已经取得很多进展,对映异构体的分离则处在起步阶段.本文将从这5个层次阐述单壁碳纳米管的分离方法及其原理,同时分析不同分离方法的优缺点.     

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.     

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.     

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.     

MoO_3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。     

自组织生长纳米半导体量子点的研究进展

纳米半导体量子点以其所具有的新颖光电性质与输运特性 ,正在成为量子功能器件研究中的一个热点领域 .作为纳米量子点的制备方法 ,自组织生长技术正在受到人们的普遍重视 .而如何实现具有尺寸与密度可控纳米量子点的自组织生长 ,更为材料物理学家所广泛关注 .因为这是由自组织方法形成的纳米量子点最终能否实现器件实用化的关键 .本文将以纳米量子点→自组织生长→形成机理→尺寸与密度可控为主线 ,简要介绍近 1 0年来纳米量子点自组织生长技术的研究进展 .     

碳纳米管液相分离方法及其在电子器件领域的应用

独特的结构赋予了单壁碳纳米管(SWNTs)优异的电学特性,使其在纳电子器件和柔性器件领域具有广阔的应用前景.现有的合成方法尚无法实现单一导电特性的SWNTs的宏量制备,制约了其在电子器件领域的应用.为了获得单一导电性质的SWNTs,发展了多种分离方法,其中液相分离方法具有宏量分离的能力和实用化的潜力,主要包括电泳法、密度梯度离心法、管壁修饰法、凝胶色谱法和萃取法等.本文从SWNTs的结构出发,阐述各种液相分离方法的原理及适用范围,介绍高纯半导体性碳纳米管在电子器件领域的应用,并对液相分离SWNTs的发展前景及挑战进行了展望.     

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.     

On the Differences in Single- walled Carbon Nanotubes and Multi- walled Carbon Nanotubes

碳纳米管作为最重要的纳米材料之一,其研究越来越得到人们的重视.文章主要综述了单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的差异.     

SWCNT场效应晶体管的介电泳装配与制造

在基于单壁碳纳米管(SWCNT)的纳电子器件或系统制备过程中, SWCNT场效应晶体管(SWCNT FET)作为最基本的构成元件, 如何进行其可控装配与制造成为了关键课题. 为此, 在利用十二烷基硫酸纳(SDS)辅助超声分散SWCNT及离心去除杂质的基础上, 针对所设计制作的背栅式FET微电极芯片, 采用介电泳驱动方法实现了SWCNT的可控均匀排布与装配. 排布与装配实验表明, SWCNT在电极间隙处具有很好的均匀定向排布与装配效果, 且沿电极宽度方向的排布密度与电泳持续时间、溶液浓度基本成正比. 经过初步漂洗及干燥, 再通过场效应特性改善处理, 烧断金属性SWCNT并进一步去除残留的SDS, 获得了良好的SWCNT FET场效应特性.     

有机场效应晶体管导电机制及其稳定性研究

并五苯薄膜和单晶晶体管研究是目前有机电子学研究领域的热点.本文通过实验和理论模型系统研究了并五苯有机小分子薄膜的初始生长层形貌结构对有机薄膜晶体管器件电学性能的影响.提出单层薄膜二维晶粒边界模型,揭示了初始生长层晶粒大小对晶体管器件载流子迁移率及栅极偏压下阈值电压移动量的影响.同时,通过理论拟合计算得出有机晶体管器件结构在现有实验条件中的一些重要参数,如晶粒单畴中的迁移率、晶粒边界中缺陷浓度和缺陷势垒高度等.这些知识加深了对薄膜结构与器件性能之间关联的理解,为进一步改善并五苯薄膜晶体管器件性能提出明确的方向.此外,本文还提出一种新的并五苯单晶生长方法,即从并五苯单层膜在惰性常压气氛中熟化开始,通过两步法生长出高质量大尺寸的并五苯单晶.我们系统探讨了并五苯单层膜向单晶转变时的分子热力学、动力学过程,为后续单晶体器件的研究奠定了基础.     

多孔碳材料的设计合成及其在能源存储与转换领域中的应用

人类当前面临越来越突出的能源短缺和环境恶化两大难题,新能源的开发具有极其重要意义.超级电容器是实现能源存储与转换的一种新兴绿色储能器件,具有非常广阔的应用前景.电极材料是储能器件的关键部件,而比表面积、孔结构、电导率和表面性质是决定其电化学性能的4个关键因素,上述因素通常又依赖于其合成方法和条件.多孔碳材料具有成本低廉、比表面积与电导率高、微结构可控/表面易于功能化以及优越的化学稳定性和突出的离子可及性等特点,通过合成方法和条件的调控,设计合成的多孔碳作为储能材料使用时展现出高的能量密度与功率密度,以及优越的电化学循环稳定性能.本文首先介绍目前活性碳、碳气凝胶、碳纤维、介孔碳、碳纳米管和石墨烯等多种形态的碳材料的研究进展;然后结合本研究组的研究工作,对分级孔碳、多孔碳球、超微孔碳、功能化多孔碳以及多孔碳复合材料的设计合成及其在能源存储与转换领域中的应用研究状况进行总结;最后对其发展趋势作出适当的评述.     

梯度结构多孔表面强化沸腾及其在相变器件中的应用

表面微/纳加工是强化沸腾传热的重要方法和研究热点.很多基于表面微/纳加工技术的梯度结构多孔表面也展现出了良好的强化沸腾能力,但不同的梯度结构多孔表面对沸腾传热的影响目前尚缺少系统性的研究.本文从几何尺寸梯度和润湿性梯度两个方面回顾了梯度结构多孔表面的沸腾强化进展以及对应的相变器件研究.几何尺寸梯度结构表面可分为单层几何梯度结构多孔表面、多层几何梯度结构多孔表面、覆盖微/纳米层的梯度结构多孔表面以及径向梯度孔径多孔表面.除几何尺寸上的梯度结构对强化沸腾有明显效果,润湿性梯度的改变也被证明可以大大提高沸腾换热效果.由于梯度结构多孔表面优异的沸腾传热性能,其在相变器件(如环路热管、平板热管等)方面得到了广泛应用,并有效提升了器件的传热性能.本文总结了部分梯度结构多孔表面在强化沸腾传热及提高相变器件性能方面的共同点,为后续的进一步研究奠定了基础.但是梯度结构多孔表面还有进一步优化的空间,对梯度结构多孔表面的进一步研究将有助于得到更高效的沸腾换热表面和相变传热器件.     

碳纳米管宏观体的光-电转换研究取得新进展

基于碳纳米管的优异性能(可控的半导体性能、可调的禁带宽度和高的载流子迁移率),清华大学机械系王昆林研究小组开展了碳纳米管太阳能电池的研究.初步研究结果显示,采用双壁碳纳米管薄膜为转换材料,制成的太阳能电池的开路电压达0.5V,短路电流达14mA/cm2,太阳能转换效率达1.3%.尽管转换效率仍很低,但正如审稿人所指出