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碳纳米线圈成长机理的研究

作　者: 钱娟娟
导　师: 潘路军
学　校: 大连理工大学
专　业: 光学
关键词: 碳纳米线圈成长机理根部固定成长
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 58次
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内容摘要

碳纳米线圈不仅拥有碳纳米管优良特性,由于其独特的螺旋结构,碳纳米线圈表现出更加卓越的机械和电磁特性。可以用于高性能复合材料、场发射装置及电磁波吸收器等。研究碳纳米线圈生长机理对高效和大量制备碳纳米线圈有着重要意义。本论文对碳纳米线圈生长过程中催化剂的形成机理和作用进行了深入的研究。首先通过导入微量乙炔的方法研究在化学气相沉积法制备碳纳米线圈初期阶段催化剂颗粒的形成和变化过程。实验中观察了催化剂颗粒在氧化、还原、渗碳及析碳成长碳纳米线圈萌芽过程中形貌的变化。发现催化剂煅烧后表面出现了纳米孔道结构；通入微量乙炔后,被还原的金属小颗粒流动性增强并相互凝聚。渗碳过程中催化剂体积进一步增大,形成各自独立形状大小不一的催化剂颗粒。成长碳纳米线圈的有效催化剂应在那些尺寸在100-200nm颗粒中。随之对线圈根部沉积物的固定作用进行了研究。我们认为线圈顶端催化剂颗粒用于析碳成长螺旋碳管,而根部的沉积物通过固定线圈根部对线圈螺旋成长起着平衡螺旋力的作用。利用正硅酸乙酯(TEOS)凝胶形成的-Si-O-Si-网格结构来固定线圈萌芽根部实现线圈的根部固定成长。同时采用普通玻璃和ITO玻璃做基板,利用高温下玻璃软化的性质来实现线圈根部固定成长。实验说明用正硅酸乙酯凝胶固定根部为单根碳纳米线圈的成长提供了一种可行性方案。本论文进一步通过腐蚀基板表面ITO薄膜厚度来改变催化剂中Sn-In含量。最终实现了单根碳纳米线圈的根部固定成长。根部固定为线圈的螺旋成长起了平衡螺旋力的作用,对线圈螺旋成长是至关重要的。同时催化剂中合适的Fe/Sn/In比例也是碳纳米线圈成长的关键。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 碳纳米管的发现  9-10
  1.2 碳纳米管的结构和分类  10-11
  1.3 碳纳米管的制备方法  11-14
    1.3.1 电弧放电法  12-13
    1.3.2 激光蒸发法  13
    1.3.3 化学气相沉积法  13-14
  1.4 碳纳米管的成长机理  14-15
    1.4.1 顶部生长机理  14-15
    1.4.2 底部生长机理  15
  1.5 碳纳米管的性质和应用  15-17
    1.5.1 碳纳米管的力学性质与应用  15
    1.5.2 碳纳米管的场发射性质与应用  15-16
    1.5.3 碳纳米管的电磁学性质与应用  16
    1.5.4 碳纳米管的吸附性质与应用  16-17
2 碳纳米线圈的研究概况  17-29
  2.1 引言  17-18
  2.2 碳纳米线圈的制备方法  18-22
    2.2.1 担载体法  19-20
    2.2.2 基板法  20-22
    2.2.3 模板法  22
  2.3 碳纳米线圈的成长机理  22-26
  2.4 碳纳米线圈的性质和应用  26-29
    2.4.1 碳纳米线圈的机械特性与应用  26-27
    2.4.2 碳纳米线圈的电磁特性与应用  27-28
    2.4.3 碳纳米线圈的场发射特性与应用  28-29
3 碳纳米线圈成长用催化剂颗粒的形成机理  29-40
  3.1 引言  29-30
  3.2 实验部分  30-31
    3.2.1 实验仪器与试剂  30
    3.2.2 实验过程  30-31
  3.3 实验结果与讨论  31-38
    3.3.1 样品的SEM测试结果分析  31-34
    3.3.2 样品的AFM测试结果分析  34-37
    3.3.3 样品的EDX测试结果分析  37
    3.3.4 样品的拉曼测试结果分析  37-38
  3.4 实验结论  38-40
4 根部固定对碳纳米线圈成长的重要性  40-53
  4.1 引言  40-43
  4.2 实验部分  43-45
    4.2.1 实验试剂  43
    4.2.2 硅酸乙酯的水解缩合反应  43-44
    4.2.3 二氧化硅溶胶的制备  44
    4.2.4 实验过程  44-45
  4.3 实验结果与讨论  45-49
    4.3.1 样品的SEM测试结果分析  45-48
    4.3.2 样品的拉曼测试结果分析  48-49
  4.4 采用其它方法实验碳纳米线圈根部固定成长  49-52
    4.4.1 催化剂与正硅酸乙酯的混合溶液成长碳纳米线圈  49-50
    4.4.2 在普通玻璃基板上成长碳纳米线圈  50-51
    4.4.3 在ITO玻璃基板上成长碳纳米线圈  51-52
  4.5 实验结论  52-53
5 单根碳纳米线圈的根部固定成长  53-60
  5.1 引言  53-54
  5.2 实验部分  54-55
    5.2.1 实验试剂  54
    5.2.2 实验过程  54-55
  5.3 实验结果与讨论  55-59
    5.3.1 样品的SEM测试结果分析  55-58
    5.3.2 样品的AFM测试结果分析  58-59
  5.4 实验结论  59-60
结论  60-61
参考文献  61-66
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  66-67
致谢  67-69

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