信息纳米技术及其应用CH 1 纳米结构单元(2009).ppt

《信息纳米技术及其应用CH 1 纳米结构单元(2009).ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、CH1纳米结构基本单元1.1团簇（cluster）原子团簇：几个至几百个原子的聚集体，粒径≤1nm一元原子团簇：金属团簇、非金属团簇（富勒烯Fullerene）(C60,C70)富勒烯：由C原子形成的笼形分子。二元原子团簇:InnPm,AgnSm多元原子团簇：Vn(C6H6)m性质：异常高化学活性、高催化性、具有量子尺寸效应和光的非线性效应等。C60由60个C原子排列于一个截角20面体的顶角上，构成足球式的中空球形分子。32面体：20个六边形，12个五边形。直径0.7nm。构成C团簇的原子数（称为幻数）为20，24，28，32，36，50，60和70的结构较稳定，其中，C60最稳定。由石墨

2、棒在惰性气体（He，Ar）中直流电弧放电制得。1.2纳米微粒纳米微粒（Nanoparticles）的尺寸大于团簇，小于通常的微粉。如：纳米氧化物粉：纳米ZnO粉纳米TiO2粉纳米化合物粉：纳米BaTiO3粉纳米金属粉：纳米金属Ag粉纳米Ni粉，纳米Cu粉1.3碳纳米管1.3.1碳纳米管（Carbonnanotubes）(CNT)概念碳纳米管：由石墨稀片卷成的、直径为纳米尺度的圆筒，其两端由富勒烯半球封帽而成。单壁碳纳米管(Single-walledcarbonnanotubes,SWNT):由一层C原子构成，直径约1-2nm，观察到的最小尺寸为0.33nm多壁碳纳米管(Multi-wall

3、edcarbonnanotubes,MWNT):由几个至几十个单壁CNT同轴构成。层间距约0.34nm，直径约几nm至几十nm，长度一般是微米级，也可达到毫米级。1.3.2SWCNT分类单壁碳纳米管按手性可分为三种：扶手型(单臂型)、锯齿型和手性型（螺旋型）单位矢量：a1、a2手性矢量：Ch=na1+ma2手性角θ：Ch与a1的夹角CNT的性能由Ch和θ确定扶手型:n=m,θ=30°锯齿型:m=0,θ=0°手性型:0°<θ<30°n∣a1∣m∣a2∣Ch和tanθ计算=CNT的性能由直径d和手性角θ确定，d和θ取决于n和mm=n,θ=30o,单臂型CNT(扶手型)m=0,θ=0,锯齿型CN

4、T手性型CNT,0＜θ＜30oCNT(4,0)d=0.32nmθ=0(11,11)d=1.51nmθ=30°1.3.3CNT合成方法电弧法：在惰性气氛中，两根石墨电极直流放电，阴极上产生C纳米管。热解法：过渡金属作催化剂，700-1600K条件下，通过C、H化合物分解制备CNT。激光蒸发法：激光刻蚀高温炉中的石墨靶，在Co-Ni催化剂作用下形成CNT，由流动的Ar气将CNT载入水冷收集器。制备单壁碳纳米管需要催化剂，多壁碳纳米管可以不要催化剂，管径尺寸与分布取决于催化剂成分、生长温度等。电弧法制备CNT在惰性气氛中，两根石墨电极直流放电，阴极上产生C纳米管。控制气体种类及压力，电压及电流等

5、，可较大量地制备出CNT。液N保护连续制备CNT液N保护→电弧区生成CNT→CNT沉积，特点：结构简单；反应效率高；产物质量好：4-8层CNT，纯度高。制备单壁CNT,使用催化剂:Fe,Co,Ni等。电弧产物:无定型C、C60、另有催化剂颗粒杂质等。电弧法制备的SWCNT热解法制备CNT过渡金属作催化剂，700-1600K条件下，通过C、H化合物分解制备CNT。催化剂：Fe，Co，Ni等。催化热解法成本低、产量大，实验条件易控制，通过控制催化剂模式，可制备出高质量的多壁CNT和定向排列的CNT阵列。按催化剂加入方式分三种：基体法、喷淋法、流动催化法基体法制备CNT催化剂颗粒附着于基体上，高

6、温下通入含C气体并在催化颗粒处析出CNT。激光蒸发法制备CNT激光蒸发法：激光刻蚀高温炉中的石墨靶，在Co-Ni催化剂作用下形成CNT，由流动的Ar气将CNT载入水冷收集器。激光蒸发法可制备出高质量的单壁CNT。制备CNT阵列催化热解法：SiO2基体，纳米Fe为催化剂，700℃分解乙炔。CNT垂直于基体方向生长，长约50um1.3.4CNT电性能及应用CNT的导电性能与其结构和手性有关：所有Armchair型SWCNT（n，n）具有金属导电性；对于锯齿型（n，0），当n为3的倍数时，为金属性；其它情况为半导体性。对于螺旋型，（n，m），当结构指数满足2n+m=3q（q为整数），表现为金属性

7、；其他类型则为半导体性,Eg为：1.7-2.0eV。CNT结：不同直径和螺旋角的CNT相连接可形成：M-S，S-S，M-M纳米异质结。CNT可作为新型纳米电子器件的基本结构单元。CNT能带结构与电子态密度CNT中的电子运输石墨：电子主要在石墨片层中移动，室温下石墨电阻：0.44μΩ·m，层间电阻很大。CNT是典型的量子导线，其电导是不连续的。用AFM进行电学性质测量，证明了CNT是量子导线，观察到单电子输运过程。电子的运