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三维碳纳米材料的制备及性能研究

作　者: 曾波
导　师: 林媛
学　校: 电子科技大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 碳纳米管 石墨烯 互联 散热 三维碳纳米结构
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着半导体器件的发展，微电子封装对于高密度、小型化、低成本提出了越来越高的要求，作为器件电流信号和热流信号主要通道的互联导线，已成为微电子封装研发的重要领域。以一维碳纳米管、二维石墨烯等为代表的碳纳米材料由于有比常规铜导线更高的电导率和热导率，并且具有很高的机械强度，因而成为金属互联的理想替代材料。本文基于此出发点，对碳纳米管的工艺制备、图形化、转移方法进行了探讨，并尝试制备三维碳纳米结构，研究碳纳米管的散热和三维碳纳米结构中电流特性，具体内容包括以下几部分：1、采用溶胶凝胶法成功制备碳纳米管，并通过光刻薄膜催化剂的方法实现了图形化碳纳米管阵列的生长，在碳纳米管的生长过程中首次引入氢气成功实现碳纳米管-多层石墨三维碳纳米结构的制备。2、由于溶胶凝胶法制备催化剂难以控制，第二部分采用浮动催化剂-化学气相沉积法以二甲苯和二茂铁（质量分数为2%）组成的前驱溶液成功实现了碳纳米管阵列的生长，并通过碳纳米管对基片的选择性生长和温度对碳纳米管的选择性生长从而实现了碳纳米管阵列的图形化制备，并且采用间接转移方法和直接转移方法两种方式成功实现了目标基底碳纳米管阵列的完整转移。3、采用浮动催化剂-化学气相沉积法以乙腈和二茂铁（质量分数为2%）组成的前驱溶液成功实现了氮掺杂碳纳米管阵列的生长，并通过氢气的不同含量调节碳纳米管的氮掺杂含量，通过电化学工作站对氮掺杂碳纳米管电化学性能进行了表征。4、通过转移碳纳米管阵列研究了碳纳米管阵列的散热性能，发现碳纳米管阵列可以显著改善和降低模拟热源的温度，并研究了碳纳米管、石墨烯三维接触互联的电学性能。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 引言  11
  1.2 碳纳米管的结构性质  11-12
  1.3 碳纳米管的制备方法  12-13
  1.4 氮掺杂碳纳米管结构  13-14
  1.5 碳纳米管的应用  14-15
  1.6 碳纳米材料三维结构  15-17
  1.7 本论文的研究内容和意义  17-18
第二章 溶胶凝胶法制备三维碳纳米材料  18-32
  2.1 实验仪器与试剂  18-21
    2.1.1 实验仪器  18
    2.1.2 实验试剂  18
    2.1.3 实验方法和实验步骤  18-21
  2.2 表征方法及原理  21-23
    2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)表征  21-22
    2.2.2 X-射线电子能谱(EDS)表征  22-23
    2.2.3 拉曼光谱仪  23
  2.3 实验结果  23-31
    2.3.1 碳纳米管阵列的生长  23-24
    2.3.2 图形化碳纳米管阵列的生长  24-25
    2.3.3 碳纳米管-多层石墨复合结构的生长  25-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章 浮动催化剂法制备多壁碳纳米管阵列  32-51
  3.1 实验仪器与试剂  32
    3.1.1 实验仪器  32
    3.1.2 实验试剂  32
  3.2 实验方法和操作流程  32-34
    3.2.1 前驱溶液的配置  33
    3.2.2 碳纳米管生长流程  33-34
  3.3 碳纳米管的测试表征技术  34-35
    3.3.1 X 射线光电子能谱（XPS）  34-35
    3.3.2 热失重分析  35
  3.4 多壁碳纳米管阵列的制备工艺  35-42
    3.4.1 生长温度对碳纳米管阵列的影响  35-37
    3.4.2 二茂铁浓度对碳纳米管阵列的影响  37-39
    3.4.3 前驱溶液注射速率对碳纳米管阵列的影响  39-40
    3.4.4 氢气占载气比例对碳纳米管阵列的影响  40-41
    3.4.5 生长时间对碳纳米管阵列的影响  41-42
  3.5 氮掺杂碳纳米管的制备  42-50
    3.5.1 乙醇对氮掺杂碳纳米管生长的影响  42-44
    3.5.2 不同浓度氮掺杂碳纳米管阵列的制备  44-46
    3.5.3 氮掺杂碳纳米管的 XPS 表征  46-48
    3.5.4 氮掺杂碳纳米管的拉曼表征  48-49
    3.5.5 氮掺杂碳纳米管的热失重分析  49-50
  3.6 本章小结  50-51
第四章 浮动催化剂法制备图形化碳纳米管阵列及转移  51-61
  4.1 碳纳米管阵列的图形化生长  51-56
    4.1.1 研究背景  51
    4.1.2 碳纳米管对基底的选择性实现图形化生长  51-53
    4.1.3 温度影响碳纳米管对基底的选择实现图形化碳纳米管生长  53-56
  4.2 碳纳米管阵列的转移  56-60
    4.2.1 研究背景  56
    4.2.2 间接转移碳纳米管阵列  56-58
    4.2.3 直接转移碳纳米管阵列  58-60
  4.3 本章小结  60-61
第五章 碳纳米管及三维碳纳米结构性能研究  61-67
  5.1 多壁碳纳米管及氮掺杂碳纳米管的电催化性能  61-63
  5.2 碳纳米管阵列的散热性能研究  63-64
  5.3 碳纳米管、石墨烯三维结构接触界面电学研究  64-66
  5.4 本章小结  66-67
第六章 结论  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-76
攻读硕士期间取得的成果  76-77

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