碳納米管生長機(jī)理及碳納米線圈光電特性研究.pdf

1、碳納米管是由石墨層卷曲而成的中空納米管，隨著直徑的不同，碳納米管可表現(xiàn)出金屬性，半金屬性和半導(dǎo)體性，這種性質(zhì)使得了碳納米管在半導(dǎo)體等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。目前，化學(xué)氣相沉積法是可控生長碳納米管的主要方法，由于其反應(yīng)中包含復(fù)雜的氣相反應(yīng)和固相反應(yīng)，所以化學(xué)氣相沉積法生長碳納米管的機(jī)理及參數(shù)最優(yōu)化一直是人們研究的熱點(diǎn)。在這方面，研究人員做許多了實(shí)驗(yàn)和模擬工作。但是，人們更多關(guān)注碳納米管生長過程中的固相反應(yīng)，而對(duì)化學(xué)氣相沉積過程中的氣相反應(yīng)研究較

2、少。
　　本論文的第二章中建立了局部加熱化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)并定性地研究了乙炔氣相反應(yīng)對(duì)碳納米管生長的影響。在此基礎(chǔ)上，本章還建立了碳納米管生長的計(jì)算流體力學(xué)模型，并分析了生長條件，催化劑顆粒及乙炔氣相產(chǎn)物對(duì)碳納米管生長的影響。
　　由于碳納米線圈具有納米尺度上的特殊形態(tài)，使其在納米電子學(xué)，微納機(jī)電系統(tǒng)中具有潛在應(yīng)用。目前對(duì)碳納米線圈的研究尚處于起步階段，主要集中于碳納米線圈的電學(xué)特性，力學(xué)特性以及磁學(xué)特性，但是并不系統(tǒng)完善。本

3、論文從實(shí)驗(yàn)上研究了碳納米線圈的導(dǎo)熱特性，光學(xué)特性，并進(jìn)一步研究了碳納米線圈的電學(xué)特性與其結(jié)構(gòu)上的關(guān)系。
　　論文第三章研究了場發(fā)射對(duì)碳納米線圈結(jié)構(gòu)的影響。由于焦耳熱的作用，場發(fā)射之后的碳納米線圈中的sp2晶粒尺寸有所增大且晶粒取向趨于一致。此外，本章還研究了激光處理后碳納米線圈的場發(fā)射特性。激光處理導(dǎo)致的碳納米線圈尖端曲率半徑減小和碳納米線圈表面非晶碳的去除提高了其場發(fā)射特性。
　　論文第四章通過單根碳納米線圈場發(fā)射所引起的

4、熱輻射光譜研究了單根碳納米線圈上的熱傳導(dǎo)。并且，通過制作懸空單根碳納米線圈器件初步分析了碳納米線圈的電阻率和溫度的關(guān)系。在一維熱傳導(dǎo)模型的基礎(chǔ)上，計(jì)算得到的碳納米線圈熱導(dǎo)率為38W/m·K。
　　論文第五章研究了懸空單根碳納米線圈的電驅(qū)動(dòng)熱輻射光譜。懸空單根碳納米線圈的黑體輻射光譜上疊加有發(fā)射峰。發(fā)射峰的出現(xiàn)是由于熱激勵(lì)高能電子向低能級(jí)躍遷所致。因此，在碳納米線圈的費(fèi)米能級(jí)附近至少存在四對(duì)能級(jí)。通過測量碳納米線圈的光致發(fā)光譜，發(fā)現(xiàn)

5、光致發(fā)光譜具有和電致發(fā)光譜類似的發(fā)射峰，這一結(jié)果也支持了文中對(duì)碳納米線圈能帶結(jié)構(gòu)的推論。
　　論文第六章研究了單根碳納米線圈的紅外響應(yīng)特性。當(dāng)激光功率為90 mW時(shí)，碳納米線圈電導(dǎo)變化率最大可達(dá)22％。碳納米線圈器件的響應(yīng)時(shí)間為5 ms左右。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明碳納米線圈光響應(yīng)的機(jī)理主要為熱效應(yīng)。隨著電壓增加，由于焦耳熱的作用激光照射引起的碳納米線圈電導(dǎo)變化率下降，但是響應(yīng)率卻隨之增加，最大的響應(yīng)率為0.22 A/W。
　　論文

6、第七章利用四探針法研究了碳納米線圈電學(xué)特性和其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系。相比于未經(jīng)退火的碳納米線圈，經(jīng)過高溫退火后，碳納米線圈的導(dǎo)電特性有明顯的改善。但是，當(dāng)退火溫度高于1273 K時(shí)，結(jié)構(gòu)變化對(duì)碳納米線圈的室溫電阻率變化影響較小。此外，本章還研究了各個(gè)退火溫度下碳納米線圈電阻隨溫度的變化并計(jì)算了碳納米線圈的激活能，發(fā)現(xiàn)激活能隨碳納米線圈內(nèi)晶粒的長大和晶粒間非晶成分的減少而快速降低。此外，在碳納米線圈發(fā)生小形變的情況下，碳納米線圈的電阻基本不發(fā)生