碳納米管的定向排列及場發(fā)射性質研究.pdf

1、碳納米管具有十分獨特的結構特征，應用領域很廣泛。然而碳納米管陣列的大規(guī)模制備和碳納米管的定向排列卻始終是瓶頸，大大限制了碳納米管的應用前景。在碳納米管的各種優(yōu)異性能中，碳納米管的場發(fā)射特性尤其引人注目，用于評價碳納米管陣列場發(fā)射性能優(yōu)劣的重要參數是場增強因子。影響該參數的主要因素包括碳納米管陣列密度、長徑比、管尖端結構和尖端電子逸出功等。因此，在理論上弄清電場增強因子與上列因素的具體關系，有利于提高場發(fā)射性能。 以鐵、鈷作為催化

2、劑，NH3為前驅體采用化學氣相沉積法裂解乙烯氣體，合成了純度高、定向排列單壁碳納米管陣列。在用陽極弧等離子體蒸發(fā)內含金屬催化劑(Fe、Co、Ni)的石墨棒合成碳納米管的實驗中，陰極棒狀物沉積物中的碳納米管管束基本沿圓柱棒軸線分布。利用強酸氧化法提純粗產物，去除了催化劑粒子、無定形炭及納米炭顆粒等雜質，得到了結構缺陷少、準直、且定向排列的碳納米管管束，并提出碳納米管管束的定向排列是由于弧電場引起的磁致效應形成的。同時還研究了電弧等離子體合

3、成碳納米管的影響因素及生長機理。 理論計算了流速梯度場中、電場中、強磁場中碳納米管重新定向排列的機理。采用在原位聚合過程中反復機械拉伸的方法，制備了SWNTs在E-51基體中定向排列并均勻分散復合材料。SEM、TEM照片以及偏振Raman光譜分析表明SWNTs沿拉伸方向排列且均勻分散，力學性能測量結果進一步表明復合材料的表現出顯著的各向異性，且力學性能沿SWNTs排列方向得到明顯提高。此實驗結果證明機械拉伸法與流速梯度場中定向排

4、列碳納米管的理論預測相符。 通過六角排列碳納米管陣列模型研究了碳納米管周圍的電勢分布，得出碳納米管陣列的電場增強因子與管長，管半徑以及碳納米管陣列面密度關系。場增強因子隨CNTs長徑比的增加而增加，對于長徑比一定的CNTs陣列，對應著一個最佳陣列密度，在此密度上，碳納米管陣列將會獲得最好的場發(fā)射狀態(tài)。在相同的陣列密度下，六角排列CNTs陣列的場發(fā)射性能要優(yōu)于四方排列的CNTs陣列，并計算得到六角排列CNTs陣列上端面的電勢分布曲