碳納米管及其復合材料的新合成方法與性能研究.pdf

1、碳納米管由于其獨特的一維管狀結(jié)構(gòu),優(yōu)異的物理化學性能和潛在的應用前景,成為了材料科學、微電子、化學、物理等諸多領(lǐng)域研究的熱點。同時,由于碳納米管在一維納米空間的量子限域效應,具有納米結(jié)構(gòu)填充的碳納米管復合材料,不僅能優(yōu)化碳納米管本身的一些性能,而且能對填充的納米結(jié)構(gòu)的性能進行調(diào)變。本論文采用化學氣相沉積法(CVD)主要研究了實驗合成條件對碳納米管生長的影響,尤其是在生長過程中對碳納米管的產(chǎn)量和形貌的影響；并對原位填充納米結(jié)構(gòu)到碳納米管的

2、內(nèi)腔中進行了研究,探索了其生長機制并對其性能進行了分析。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.采用Fe／MgO為催化劑催化裂解二甲硫醚制備了碳納米管,通過SEM、Raman、XRD、TEM等表征方法研究了實驗合成條件對碳納米管的形貌和微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)論表明:當合成溫度為1000℃時比較利于反應的進行,且碳納米管生長的氬氣流量的適宜范圍為1200～1800 sccm。同時,碳納米管產(chǎn)物中有Y型碳納米管的生成,在納米器件領(lǐng)域具有較好的應用潛

3、力,并對Y型碳納米管的生長機理進行了研究與討論。
　　 2.采用CVD法,以乙醇為碳源,二茂鐵為催化劑前驅(qū)物,對二氯苯為添加劑制取了碳納米管,通過SEM、TGA、XRD、TEM表征方法研究了實驗合成條件對碳納米管產(chǎn)物的形貌和微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)論表明:合成碳納米管的最適宜的溫度為850℃,且在不同氬氣流量和不同二茂鐵含量下制備了樣品,并進行了電磁測試分析,研究了反射率和頻率的關(guān)系,進而研究了樣品的微波吸收性能,表明當二茂鐵與乙醇的質(zhì)

4、量體積百分數(shù)為2％時制備的碳納米管的微波吸收性能比較好,且當涂層厚度為2 mm時,反射率衰減達到24.52 dB；隨著涂層厚度的增加,反射衰減向低頻方向移動。
　　 3.采用改進的CVD法,以乙醇為碳源,二茂鐵為催化劑前驅(qū)物,對二氯苯為添加劑,原位制取了Fe／Fe3C納米線填充的薄壁碳納米管,并通過SEM、XRD、TGA、HRTEM等分析方法對碳納米管產(chǎn)物的形貌和微結(jié)構(gòu)進行了測試,研究了實驗合成條件對產(chǎn)物的影響。實驗結(jié)果表明,對

5、二氯苯對碳納米管的填充起決定作用,產(chǎn)物中Fe／Fe3C納米線填充率高。對Fe／Fe3C納米線填充碳納米管復合材料的電磁性能進行了測試,研究了該復合材料的微波吸收性能,結(jié)果表明:吸波涂層在厚度為2mm時,在頻率為4.5 GHz時有強吸收峰,且隨著厚度的增加吸收峰往低頻方向移動,表明這種材料有望在低頻段實現(xiàn)對電磁波的有效吸收。
　　 4.直接以不銹鋼為催化劑和基底,二甲硫醚為碳源,采用CVD法原位制備了金屬硫化物納米線填充的碳納米管

6、復合材料,由于二甲硫醚提供碳納米管生長的碳源,和金屬硫化物的硫源,因此二甲硫醚的濃度是影響金屬硫化物納米線填充碳納米管復合材料原位生長的關(guān)鍵。實驗結(jié)果表明:能實現(xiàn)金屬硫化物納米線原位填充碳納米管的二甲硫醚的最佳濃度范圍為2.69％～3.86％。對金屬硫化物納米線原位填充碳納米管的生長機制進行了研究探討,金屬硫化物納米線是通過毛細作用原位填充進碳納米管的內(nèi)腔中的。對金屬硫化物納米線填充的碳納米管復合材料的電磁性能進行了測試,對其微波吸收性