碳纳米管薄膜的制备及场发射性能研究

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1、碳纳米管薄膜的制备及场发射性能研究作者：张辉(201112252718)中文摘要：碳纳米管是迄今为止最为优异的场发射材料，因此引起了人们的极大兴趣，进行了广泛深入的研究。尽管在碳纳米管阴极及其场发射方面己经取得了长足的进步，然而大量的基础性工作还远未完成。本文主要论述了碳纳米管薄腮的儿种不同的制备方法和场发射方面的研究进展，并提出了一些问题和展望。关键词：碳纳米管薄膜制备方法场发射Abstract:Carbonnanotubes(CNTs)withmostexcellentfieldemissionperformaneehaveattractedmuchattentioninthe

2、scientificfieldandhavebeenstudiedbothextensivelyandindepth.However;despiteearlyrapidprogress,muchfundamentalworkisstilllacking.Thispaperdiscussesseveraldifferentpreparationmethodsofcarbonnanotubefilmandtheprogressofthefieldemission’andputforwardanumberofproblemsandprospects.Keywords：Carbonnano

3、tubefilmspreparationmethodsFieldemission一、引言碳纳米管在纳米材料中最富代表性，被认为是具有重要理论研究和应用研究价值的材料之一。日本NEC研究员Iijima[1]于1991年发现了多壁碳纳米管(a),又于1993年发现了单壁碳纳米管[b],如图1-1(a)多壁碳纳米管MWCNTs(b)单壁碳纳米管SWCNTs图1-1碳纳米管结构模型碳纳米管因其独特的力学、电子特性及化学特性及在工业中潜在的应用价值引起了世界各国科学家的关注，很快就变成研究最多的纳米材料，由此引发了碳纳米管的研究热潮和近十年来碳纳米管科学和技术的飞速发展。国际上对碳纳米管的研

4、究目前正处于蓬勃发展的时期,科学家们对碳纳米管的制备技术及碳纳米管的物理和化学性质进行了广泛的研究。P.M.ayan等于1994年将多壁碳纳米管为聚合物复合，切成50^200nm厚的薄片后首次获得排列整齐的多壁碳纳米管阵列。1998年K.Tang等用内径为0.73nm的A1P04-5品体做模板，使三丙基胺在微孔裂解，制得直径仅左右的单壁碳纳米管。M.F.Yu等将一根多层碳管川胶固定在AFM的两个悬臂探针上进行拉伸，计算得拉伸强度在1P63Gpa之间，可承受压力在270^950Gpa!21o我国在碳纳米管方面的研究也取得了国际帼冃的重大进展，我国中科院物理研究所的研究小组用改进的有机

5、气体热解法制备出非常长的、定向生长的、高密度的、离散分布的碳纳米管阵列。用这种方法制备的碳纳米管的长度达2~3mm,比英它方法制备的碳纳米管的长度提高了广2个数量级③。屮科院成都有机化学研究所的于作龙等，以乙烘为原料，用沸腾床反应器催化裂解法可连续、大批量的制得多壁碳纳米管。让碳纳米管朝实用化迈进了重要的一步。二、碳纳米管及碳纳米管薄膜制备方法自从饭岛聘上首次在电弧放电法牛产富勒烯的阴极沉积物发现多樂碳纳米管以來，为了获得产量高，管径均匀，结构缺陷少，朵质含量低，成本相对低廉，操作方便的制备方法，科研人员进行了很多方面的研究并月•提出了许多制备碳纳米管的新方法。碳纳米管在天然状态下

6、几乎不存在，而要利用碳纳米管的优越性能，就必须先找到制备碳纳米管的方法，下面介绍儿种常见的碳纳米管制备方法：(一)电弧法电弧法是最早采用的一种制备碳纳米管的方法。其制备过程是:将两个石墨电极放在密闭的惰性气体中，如氨气或者氢气中，然后加高压使得电极发生电弧放电，使得电极温度升高，导致碳原子挥发，在阴极表面沉积出碳纳米管，此法制备绝大部分为多壁碳纳米管。后來人们在石墨棒中加入铁、傑等金属物质作为催化剂制备岀单壁碳纳米管⑷。(二)激光蒸发法激光蒸发法是将掺杂少虽的镰和钻的石墨棒作靶材，在管式炉中将英加热至1200°C后，再用强脉冲激光轰击石墨棒，使石墨蒸发，同时，管式炉的一端通入红气，

7、把生成的碳纳米管送到管式炉的另一端，并沉积在铜收集器上⑸。此法能够制备出高纯度的单壁碳纳米管（（SWCNTs）。（三）电解法电解法是将石墨ttt埸作为电解的阳极，以石墨棒作为阴极⑹。在埔堀中加入碱式盐，加热至熔融状态，将石墨阴极插入碱式盐屮，然后两极间加肓流电压，发生电化学反应，腐蚀石墨棒从而得到碳纳米管。此法目前只能得到多壁碳纳米管，而且碳纳米管多弯曲呈环状。（四）化学气相沉积法（CVD法）pCVD法实际上是以前用来制备碳纤维的方法。CVD法制备碳纳米管是在高温或者