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单壁碳纳米管的CVD制备、空气氧化提纯及其导电性能研究

作　者: 郭振
导　师: 方炎
学　校: 首都师范大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 单壁碳纳米管催化化学气相沉积法提纯表面增强拉曼散射电学性能
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

典型的一维纳米自组装材料单壁碳纳米管具有的独特的结构,使其拥有了独特的物理特性和化学特性,具有广泛的应用前景,是当前纳米材料研究的热点之一。自从1993年发现单壁碳纳米管以来,有关单壁碳纳米管的制备、提纯以及结构表征等方面的研究工作一直受到极大的关注。单壁碳纳米管制备技术是研究单壁碳纳米管物理化学性质及其应用的基础,在这方面研究比较深入并取得了较大的进展。目前制备单壁碳纳米管的方法主要有三种:即激光蒸发法、电弧法和碳氢化合物的催化分解法。常用的提纯方法有酸氧化法、空气提纯和微波加热等化学方法和过滤等物理方法。对其电学性能的表征常用Raman光谱检测等方法。我的工作主要集中在具有特定电学性能的单壁碳纳米管的制备、提纯和检测方面。尝试制备出具有特定电学性能的碳管;CCVD法因其成本低、生产率高及可用于大批量生产等优点被广泛推广,但同时存在杂质多的缺点,因此制备后的样品需经过步骤繁琐的提纯,才可应用。通过对多种提纯方法的研究比较,找到一种成本较低,操作简易并且提纯效果更好,且对碳管无损伤的方法,本工作尝试找到一种用CCVD法制备的纯度较高的碳管,可大大节省提纯消耗的时间。本工作尝试利用表面增强拉曼散射来检测提纯后的样品结构,以获得更实用信息。本文主要进行了如下几个方面的工作:1、空气引入提纯单壁碳纳米管。透射电镜图和拉曼光谱图的分析表明与其他氧化方法比较,空气辅助提纯对于去除碳杂质更有效,并同时可释放出包裹在里面的金属催化剂颗粒,然后经过酸处理后,金属催化剂颗粒几乎被完全去除,从而得到高纯度的碳纳米管。2、空气辅助优化制备的单壁碳纳米管。通过扫描电镜图像及三种激光波长激发获得的拉曼光谱分析可知一步法制备的样品比传统方法制备的更纯净,3、通过表面打磨的银片做基底,获得碳纳米管的表面增强拉曼光谱,对其分析表明,空气氧化提纯后的碳纳米管的原子结构规律排列,电学性能一致4、对本实验室采用流化床制备的碳纳米管的拉曼光谱逐次分析表明,碳纳米管的卷曲方式呈现结构参数差数数列递增规律,并初步探索、分析了规律产生的原因

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
综述部分  12-43
  第一章碳纳米管简介  13-26
    1.1 碳纳米管的发现及研究背景  13-15
    1.2 碳纳米管的结构和分类  15-22
      1.2.1 碳纳米管的原子结构  15-18
      1.2.2 碳纳米管的电子结构  18-20
      1.2.3 碳纳米管的结构检测  20-22
    1.3 碳纳米管的主要特性  22-24
      1.3.1 纳米尺度形成的超微结构  22-23
      1.3.2 纳米结构造成的独特电学性质  23-24
      1.3.3 光特性和激子效应  24
    1.4 碳纳米管的应用  24
    参考文献  24-26
  第二章碳纳米管的制备及提纯  26-34
    2.1 碳纳米管的制备  26-29
      2.1.1 碳纳米管的制备方法  26-28
      2.1.2 生长机理  28-29
    2.2 碳纳米管的提纯  29-32
      2.2.1 物理方法  29-31
      2.2.2 化学方法  31-32
    2.3 其他方法  32
    参考文献  32-34
  第三章碳纳米管的拉曼光谱研究  34-43
    3.1 拉曼散射和表面增强拉曼散射简介  34-36
      3.1.1 拉曼散射简介  34-35
      3.1.2 表面增强拉曼散射简介  35-36
    3.2 碳纳米管的拉曼光谱研究  36-40
      3.2.1 碳纳米管的基本拉曼活性模  36-38
      3.2.2 碳纳米管的共振拉曼散射  38-40
    参考文献  40-43
实验部分  43-71
  第一章碳纳米管的制备  44-46
    1.1 催化剂的制备  44
    1.2 催化剂的对比及选择  44-45
    1.3 碳纳米管的制备  45-46
    参考文献  46
  第二章空气氧化法提纯碳纳米管  46-54
    2.1 引言  46-47
    2.2 实验过程  47-54
      2.2.1 制备装置  47
      2.2.2 单壁碳纳米管的制备  47-48
      2.2.3 测试仪器  48
      2.2.4 结果及讨论  48-54
    2.4 结论  54
    参考文献  54
  第三章碳纳米管的快速、高校提纯方法研究  54-61
    3.1 引言  54-55
    3.2 实验过程  55
    3.3 结果与分析  55-60
      3.3.1 空气氧化提纯  55-56
      3.3.2 酸处理提纯  56-57
      3.3.3 酸处理后再空气氧化  57-58
      3.3.4 先空气氧化再酸处理  58-60
    3.4 结论  60
    参考文献  60-61
  第四章碳纳米管的电学性能的拉曼光谱表征  61-70
    4.1 引言  61
    4.2 实验  61-62
      4.2.1 碳纳米管的制备  61-62
      4.2.2 测试仪器  62
      4.2.3 碳纳米管的提纯  62
      4.2.4 拉曼光谱表征  62
    4.3 结果及分析  62-69
    4.4 结论  69
    参考文献  69-70
  第五章展望  70-71
致谢  71-72

单壁碳纳米管的CVD制备、空气氧化提纯及其导电性能研究

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