催化剂对碳纳米管生长影响及相关研究论文

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1、重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要碳纳米管自1991年被发现以来，因独特优异的物理、化学、电子等性能引起了广大学者的研究兴趣。经过十几年的发展，碳纳米管在制各方面已经取得了较大的进步，基本实现了对管径的控制以及大面积的定向生长，但仍不能实现大规模生产，不能控制碳纳米管的结构和生长方向。本文主要从结晶动力学的理论出发，对影响碳纳米管生长的催化剂铁膜进行研究和讨论，并尝试性地提出了碳纳米管的固一液．界面生长模型，为碳纳米管的制备提供了理论思路。首先，本文在Si02／Si表面采用真空蒸发法制备了催化剂铁膜，通过控制蒸发时间、蒸发速率和真空室压强以制备所需催化膜，讨论了膜厚与蒸发时间、

2、蒸发速率和真空室压强的关系。在利用H2、Hz+N2、NH3气体刻蚀处理催化剂铁膜时发现，相同试验条件，相同H／N原子比的情况下，经NH3处理过的催化颗粒尺寸最均匀，且直径较小、有利于生长小直径碳管。其次，本文从结晶动力学的理论出发，分析了催化剂金属Fe对碳纳米管生长的影响一主要从催化剂铁的晶体结构、温度、载气等方面进行了研究。温度将影响催化剂晶体结构，在900。C左右催化剂金属铁处在面心立方结构，碳在面心立方晶体结构中的溶解度比体心立方晶体结构中的大，同时在面心立方晶体结构中碳扩散的几率也较大，从而间接影响碳纳米管的产率，NH3作载气时碳纳米管的一致性较好。其他元素的加入将影

3、响催化剂中碳原子的活度，加入置换固溶体中金属原子的非碳化物形成元素，将“推开”碳原子，提高其活动性，增加碳的活度，并增大碳从固溶体中析出的倾向，利于碳纳米管生长。Fe中加入Co和Ni都能提高碳原子的活度，同时也就解释了双金属或多金属比单一金属催化活性大的原因；催化剂颗粒的熔点随颗粒尺寸的减小而降低，在碳纳米管制备的过程中，当温度过高时，催化剂颗粒多处在固液并存的状态。根据曲率半径和电性的影响，给出熔点降低和颗粒直径之间的理论计算关系。最后，本文对碳纳米管的几种主要的生长机理进行了讨论比较，尝试地提出碳纳米管的固一液一界面生长模型，并对析出面、析出能进行了讨论研究。在碳扩散驱动

4、力方面提出化学位梯度扩散，“上坡扩散”解释了碳原子在界面的偏聚现象，si作为基底能阻止碳从催化剂中向基底内部扩散，使碳“上坡扩散”增大碳在催化剂中的浓度使其提前达到饱和，利于碳的析出。关键词：碳纳米管，催化剂，晶体结构，生长机理重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTSincetheirdiscoveryin1991．Carbonnanotubeshaveattractedconsiderableinterestamongstscientistsbecauseoftheiruniqueph)7sicalproperties，chemicalproperties，andel

5、ectricalproperties．Winltheovertenyearsdevelopment，thecontrollingofthecarbonnanotubes’diameterandverticallyalignedgrowingonbigareahavebeenachievedbasically,butindustrializedmassivelyproduceandthestructurecontrolling，directionofgrowthofcarbonnanatubeshaven’tbeencarriedout．Inthispaper，catalyst

6、Fefilmthataffectthegrowthofcarbonnanotubeshavebeenstudiedwithcrystaldynamicstheory．Andalsothesolid-liquid—interfacegrowthmechanismhavebeenproposed．First，usingvacuumevaporationmethod，platedironontheSi02(80nm)／Si(100)surfaceascatalystWasstudied．Toobtaindesiredcatalystfilm，evaporatingtime，evap

7、oratingspeed．vacuumpressuremustbecontrolled．Therelationofthethicknessofcatalystfilmwinlevaporatingtime．evaporatingspeedandvacuumpressurearealsodiscussed．Then,severalgases(H2，H2+N2．NH3)wereusedtoetchthecatalystFefilm．Inthesametestcondition，NH3etchingCanma