化学气相沉积反应中金属.doc

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1、化学气相沉积反应中金属—碳协同催化碳纳米管生长的理论和实验证据从理论和实验角度研究了金属—碳协同催化的化学气相沉积反应中碳纳米管的成核和生长过程。结果表明：多壁碳纳米管的成核和生长不仅受金属的催化作用,碳核一旦形成也会促进碳纳米管向轴向和径向的生长.金属催化剂颗粒仅仅在促进最内层碳核的形成及生长,碳原子向有序的石墨结构转化有催化作用。多壁碳纳米管和单壁碳纳米管形成的本质区别在于是否存在碳的自催化作用。碳纳米管阵列的结构调控及场发射性能研究碳纳米管具有独特的电学、磁学性能,可以应用到下一代分子电子器件中。碳纳米管发射电子所需要的电场较低，是一种理想的

2、场发射阴极材料，可用于制备平面显示器和纳米晶体管；碳纳米管有较大的比表面积,表现出独特的表面效应，可作为吸波材料、储氢材料和催化剂载体；另外碳纳米管具有优良的力学性能,使其在航空、航天等高技术领域有着广阔的应用前景。　　要实现碳纳米管的应用，必须解决碳纳米管的结构调控问题,因此本文主要研究了碳纳米管阵列的结构调控及场发射性能.通过热化学气相沉积法制备了密度高，定向性好的碳纳米管阵列，通过对比得到最佳实验工艺参数；利用MEVVA离子源强流离子注入技术分别在碳纳米管中注入Zn离子和Ag离子，通过SEM、HRTEM、XPS和场发射测量仪进行注入前后形貌、

3、化学态、场发射性能的表征和测量；并对碳纳米管横向悬空生长进行了初步的尝试。　　化学气相沉积法制备定向碳纳米管阵列的最佳工艺参数为:Fe催化剂薄膜厚度5nm；左,右扰流装置距样品距离分别为11cm和23cm;氨气刻蚀时间10分钟；C2H2/H2流量为86/600ml/minute；反应温度750℃；反应时间30分钟。　　离子注入使碳纳米管顶端由层状石墨结构变为无定形结构，直径增大,由管状变为线状.注入后的Zn与碳原子固溶，注入后的Ag以纳米颗粒形态镶嵌在碳的无定形结构中.较低剂量的Zn离子注入或Ag离子注入对碳米管阵列的场发射性能有改善，原始碳纳米管

4、阵列的开启电场和阈值电场分别为0．80V/μm和1．31V/μm，Zn离子注入后形成的复合C：Zn结构能使场电子发射的开启电场和阈值电场分别降低到0．66V/μm和1．04V/μm；Ag离子注入后形成的复合C：Ag结构能使场电子发射的开启电场和阈值电场分别降低到0．68V/μm和1．09V/μm。此变化是由于离子注入后形成的复合结构的功函数较低:原始碳纳米管阵列功函数为4．59eV，Zn离子注入和Ag离子注入后复合结构最低有效功函数为4．04eV和4．23eV。较大剂量的Zn离子注入或Ag离子注入会造成碳米管阵列的场发射性能降低，这是由于大剂量的离

5、子注入使碳纳米管顶端产生了严重的损伤，碳纳米管顶端变粗并出现严重的变形和粘连，从而使碳纳米管长径比降低，导致场增强因子降低.　　在碳纳米管的横向生长过程中，较厚的催化剂薄膜厚度（120nm）和较短的生长时间（20分钟)有利于碳纳米管横向悬空生长。文档为个人收集整理，来源于网络美国杜克大学和中国北京大学科研人员日前成功制备出半导体型平行单壁碳纳米管，从而首次实现了对碳纳米管平行性和导电性的同时控制.美国最新一期《纳米快报》（NanoLetters）杂志刊登了有关这一成果的论文。碳纳米管韧性高、导电性强、场发射性能优良，应用前景广阔，有“超级纤维"之称

6、。根据导电性能的不同，碳纳米管可分为金属型和半导体型两种。在合成过程中，两种类型的碳纳米管总是混杂在一起,大大限制了碳纳米管在场效应晶体管等方面的应用，各国科学家都在为解决这一问题而努力。此外，如果可以提高碳纳米管的表面生长密度及平行性，将会显著增强碳纳米管器件的性能，这也成为高碳纳米管研究的重要课题。在2008年4月的研究中，杜克大学华裔科学家刘杰领导的科研小组曾制备出超高密度的平行单壁碳纳米管，实现了对碳纳米管平行性的控制。刘杰领导的科研小组此后与北京大学李彦领导的科研小组合作在该领域进行深入研究,他们利用甲醇和乙醇混合碳源,借助碳纳米管和石英

7、单晶晶格的相互作用，成功在石英表面制备出含量为95%至98％的半导体型平行单壁碳纳米管,从而首次实现了对碳纳米管平行性和导电性的同时控制.基于此类碳纳米管样品产生的场效应晶体管显示出优异的开关比性能。 论文的第一作者丁磊博士在接受新华社记者电话采访时表示,此项技术解决了表面制备碳纳米管的最困难也是最重要的一个问题,使得大规模制备半导体型平行碳纳米管成为可能，这种碳纳米管有望应用于构筑高性能场效应晶体管和传感器等。丁磊2007年毕业于北京大学，曾师从北大化学与分子工程学院李彦教授,目前在杜克大学化学系刘杰教授的课题组从事博士后研究。李彦与刘杰两位教授

8、都从事碳纳米管领域的研究工作，多年来在研究过程中的密切合作和优势互补使他们共同完成了多项研究成果。(来源：新华网任海军)镁