碳基納米材料(碳納米管陣列、石墨烯)的合成及其性質(zhì).pdf

1、碳材料在宇宙中廣泛存在,其奇異的物性和多種性隨人類(lèi)文明的進(jìn)步而逐漸被認(rèn)識(shí)和利用。1991年,日本科學(xué)家Iijima利用真空電弧蒸發(fā)石墨電極,通過(guò)高分辨電鏡對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)了具有納米尺寸的碳的多層管狀物,即多壁碳納米管(MWNTs)。碳納米管可以看成是由石墨片層卷曲而成的無(wú)縫管。碳納米管因其尺寸小,機(jī)械強(qiáng)度高、比表面積大、電導(dǎo)率高、界面效應(yīng)強(qiáng)等特點(diǎn),在平板顯示器、一維量子導(dǎo)線、傳感器、超級(jí)電容器以及儲(chǔ)氫材料等方面得到了廣泛的應(yīng)用。定

2、向排布的碳納米管陣列是碳納米管的一種取向形態(tài),其生長(zhǎng)密度大,取向一致,可充分發(fā)揮碳納米管沿軸向優(yōu)異的導(dǎo)熱和電荷傳輸性能,使其具有更為廣闊的應(yīng)用前景。石墨烯,是由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)碳質(zhì)材料,自2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái),已在實(shí)驗(yàn)科學(xué)和理論科學(xué)上受到了極大的關(guān)注。由于其具有特殊的納米結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的性能,基于石墨烯的材料已在電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化、傳感器、儲(chǔ)能等諸多領(lǐng)域顯示出了巨大的應(yīng)用潛能。
　　 在本文

3、中,我們主要研究了兩種碳納米材料:碳納米管和石墨烯,主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果,概括如下:
　　 第一章:主要介紹了碳納米管和石墨烯的結(jié)構(gòu)、基本性質(zhì)和應(yīng)用,碳納米管陣列的制備方法,以及對(duì)其在納米材料領(lǐng)域的相關(guān)研究工作進(jìn)行了綜述,并闡明了我們的選題思路和研究?jī)?nèi)容。
　　 第二章:我們發(fā)展了一種簡(jiǎn)單而有效的制備圖案化碳管陣列的方法。通過(guò)溶劑蒸發(fā)法,使聚苯乙烯/二茂鐵在硅片表面形成一系列聚合物/無(wú)機(jī)前驅(qū)體雜化圖案,并以這些圖案為模板分

4、別制備出了條紋狀、階梯狀、穿孔狀、蛇紋狀和魚(yú)鱗狀等不同圖案的碳納米管陣列。此外,我們利用聚苯乙烯小球的遮擋作用,制備出了較高長(zhǎng)度的柱狀和蜂窩狀碳納米管陣列。同時(shí),采用掃描電鏡、透射電鏡、光電子能譜、熱重和原子力顯微鏡等手段對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了充分的表征,并對(duì)形成機(jī)理進(jìn)行了討論。
　　 第三章,通過(guò)化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備出了毫米級(jí)的碳納米管陣列,并采用原位灌注的方法,在不改變陣列結(jié)構(gòu)的同時(shí),合成了碳納米管陣列.樹(shù)脂復(fù)合材料,并檢測(cè)出