碳納米線圈的熱、電特性及其復合碲化銀納米熱電材料的研究.pdf

1、碳納米材料具有多樣性，富勒烯、碳納米管、石墨烯以及碳納米線圈為其中的代表，這些材料在維度、形貌和特性上的異同為構建納米結構和納米器件提供了豐富的素材。其中，準一維碳納米線圈，由于其特異的三維螺旋空間構象和納米尺度，在納米電子器件、微納機電系統(tǒng)、復合增強材料等方面擁有巨大的應用潛力。迄今為止，碳納米線圈的研究主要集中于力學、熱學、電學、光學和磁學等基礎物理特性方面，對于其物質結構和特性之間關系的研究，光、熱、力、電特性之間的相互轉化機制的

2、研究，以及復合材料的制備和特性的研究還有待進一步的拓展和深入。本論文通過化學氣相沉積的方法制備出碳納米線圈，對單根碳納米線圈的結晶結構和其導電性的關系、光熱轉換特性及由此產生的激光誘導線圈表面微氣泡生成機理、以及和碲化銀復合材料的熱電特性進行系統(tǒng)的測試和理論分析，進一步豐富了對碳納米線圈基礎物性的認識，也拓展了碳納米線圈復合材料的實際應用空間。本文主要內容如下:
　　首先，通過對碳納米線圈的結構研究發(fā)現，碳納米線圈是大量的納米石墨

3、晶粒通過鍵合嵌于非晶碳網絡之中的一種多晶—非晶結構體，并且發(fā)現石墨晶粒的尺寸隨碳納米線圈的線徑的減小而增大，研究這種新型納米結構材料的導電性對于分析電子和聲子在這種結構中的傳導特性、總結該結構的電學和熱學的一般規(guī)律都具有重要意義。利用四電極法對單根多晶—非晶碳納米線圈的低溫電導進行測試，從電子傳導和物質結構兩個層面，對碳納米線圈的導電機制進行研究。結果表明，碳納米線圈在低溫下的主要傳導機制主要包括:熱激發(fā)、近程跳躍和變程跳躍三種傳導模式

4、，在不同溫度條件下，傳導模式會發(fā)生轉換，并且發(fā)現在超低溫條件下的變程跳躍傳導模式表現出由Mott-變程跳躍模式轉換成Efrose Shklovskii-變程跳躍模式。同時，結晶性好的碳納米線圈的導電性越好，電子跳躍模式間相互轉換的過渡區(qū)間就越窄。
　　其次，利用波長為780nm的激光聚焦于位于去離子水溶液中的單根碳納米線圈表面下凹處，并在其下凹處的活性點位產生氣泡，制作微氣泡發(fā)生器。利用碳納米線圈三維螺旋體形成的大的光吸收截面積和

5、其對紅外光吸收的高效性，將激光光子能量有效地轉化為碳納米線圈內聲子振動的熱能，并傳遞給周邊水介質，從而在照射位點處誘發(fā)氣泡。通過傳質傳熱學的方法，對生成微米氣泡過程中的膨脹和穩(wěn)定過程進行了理論分析，然后利用TVD Runge-Kutta時間步進法，求解出微米氣泡的直徑隨時間的變化規(guī)律，發(fā)現理論分析與實驗測試的結果基本一致。結果表明，利用激光聚焦照射碳納米線圈制作的微氣泡發(fā)生器，不但可以很好地控制微氣泡的發(fā)生位置，也可以對微氣泡的大小進行

6、操控，開辟了激光精確定點產生氣泡在微流體系統(tǒng)和MEMS中的應用潛能。
　　最后，在傳統(tǒng)合成納米熱電材料的方法基礎上，通過調整反應溫度，改進藥品配方，優(yōu)化反應裝置等方法，高效制備出大小均勻的碲化銀納米顆粒和高產量的碲化銀納米線。通過LBL提拉鍍膜法制備出修飾有肼、1,2-乙二硫醇，乙二胺三種化學配體的碲化銀納米顆粒薄膜，熱電測試結果表明，由1,2-乙二硫醇修飾的碲化銀納米顆粒薄膜的熱電優(yōu)值可以達到0.712最大理論值，說明配體修飾可