阵列碳纳米管薄膜厚度调控研究
碳纳米管的特性及其高性能的复合材料综述
碳纳米管的特性及其高性能的复合材料综述摘要作为一种具有较强力学性能的材料，碳纳米管自诞生以来就受到了广泛关注，并且从以往的实践经验上来看，碳纳米管是非常理想的制备符合材料的形式。
在本文的研究当中，主要立足于这一领域进行分析，提出了碳纳米管本身所具备的特性，以及这种材料在实践过程当中的优越性，进而提出应用策略，希望能够在一定程度上起到借鉴作用。
关键词碳纳米管；复合材料；复合镀迄今为止，碳纳米管材料已经在诸多领域当中得以运用，并且取得了比较显著的成果，其中包括电极材料、符合材料、催化剂载体等诸多方面。
在应用过程当中，碳纳米管的优异性能能够使其在符合材料当中起到较强的作用。
本文研究的侧重点在于碳纳米管的制备和复合材料的应用方面，提出了碳纳米管的特性及其高性能的复合材料。
1 碳纳米管的结构及其性能从结构上来看，碳纳米管具有石墨层状的结构，其中包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
组成纳米碳管的C-C共价键是自然界当中具有稳定特征的化学键，无论在理论计算还是实践当中，都能够看出来，碳纳米管具有非常强的韧性。
在制备过程当中，碳纳米管主要涉及的电弧放电、催化热解和激光蒸发等。
具体来讲，在电弧放电当中，主要制备单壁碳纳米管，但是其中具有一定的弊端，比如产率非常低，但是成本却很高；而催化热解法当中所表现出来的是设备简单和生长速度较快等特点，一般在现代工程的批量化生产过程当中，会用到这种方法。
在当前应用领域，高强度的微米级碳纤维复合材料有着非常广阔的应用前景和较好的应用效果。
但是当前我国在这一领域所取得的进展依旧比较滞后，要想在强度上取得新的突破，必须要有效减少碳纤维的直径，提高纵横比。
碳纳米管是比较典型的纳米材料，纵横比非常可观。
更为重要的是，从长度上来讲，纳米管对于复合材料的加工性能并没有非常明显的不良影响，使用这一材料能够有效聚合复合材料，改变传统加工当中的一些问题，增强复合材料的导电性能。
再加上纳米管当中所具备的结构优势，使得聚合物电导率提升的同时也不容易被改变性能[1]。
碳纳米管薄膜的制备及其超疏水性研究
ｏ ．ｃｎｉｇｅ ｃ ｏ ｉ ｏｃｐ （ Ｅ ， ａｓ ｉ ｉ ｌ ｔ ｎｍｃｏｃｐ （ Ｅ ，ｏｔ ｔ ｎｌ ｇｎ ｍ ｔ ｄｒｅｍ ｔ ｄ Ｓａ ｎ ｌ ｔ ｎｍ ｃ ｓｏｅ Ｓ Ｍ） ｔ ｎｍｓ ｏ ｅ ｃ ｏ ｉ ｓｏｅ Ｔ Ｍ） ｃｎａ ｇ ｉ ｅ ｒ ｎ ｏ ｅ ｒ ｎ ｅｒ ｒ ｒ ｓｎ ｅｒ ｒ ｃａ ｅ ｏ ｏ ｅ ａ ｈ ｅ
近几年来 ，超疏水表面在 自清洁材料 …、微流体 减阻 和生物 医用材料 等领域 的广泛应 用价值 吸 引 了众多研 究人员 的关 注。碳 纳米 管 （ Ｎ ｓ 薄膜 Ｃ Ｔ） 由于其特殊 的结构和微观尺度下潜在 的应用 价值 ，在 这些 领 域 内也 得 到 了越 来 越 广 泛 的研 究。Ｅ ｂｓｎ ｂ ｅｅ 等 对无序碳纳米管 材料 的浸润性 进行 了详 细研究 ， 发现其很容易被水润湿 。翟锦等人 用高温裂解酞菁 金 属络合物方法制备 了定 向碳 纳米管 薄膜 ，经氟化 以 后表现 出超双疏 的性质 ，这一发 现为无 氟超 疏水表面 材料 的研究提供 了新 的思路 。Ｓｎ等 又报道 了通过 ｕ 化 学气相 沉积 法 （ Ｖ Ｃ Ｄ）在 阵列 硅模 板 表 面沉积 出 三维各 向异性 的定 向碳纳米管 ，发现 随着硅模板柱状 阵列 间隙的减小 ，沉积 出来 的碳纳米管薄膜表现为先 亲水 ，再疏水 ，后又亲水的特性 ，这一成果开创 了材 料表 面润湿性能的可控研究 。王志刚等 在溶 液中用 ｓ 一
Ｔｈｅ Ｐｒ ｐａ ａ ｉｎ ｏ ｒ ｎ Ｎａ ｏ ｕ ｅ ｉｍｓ ａ ｄ Ｉｓ Ｓ ｐ ｒ ｙ ｒ ｐ ｏ ｉｉｙ ｅ ｒ ｔｏ ｆＣａ ｂｏ ｎ ｔ ｂ ｓ Ｆ ｌ ｎ ｔ ｕ ｅ ｈ ｄ ｏ ｈ ｂ ｃｔ
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关于碳纳米管的研究报告进展综述
关于碳纳米管的研究进展1、前言1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。
这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。
之后,人们相继发现并分离出C70、C76、C78、C84等。
1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。
年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。
1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。
1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。
1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。
1999年,国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。
2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。
2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。
2、碳纳米管的制备方法获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。
而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。
因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。
目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。
一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展目录一、内容概述 (2)二、碳纳米管及复合材料的概述 (2)1. 碳纳米管的基本性质 (3)2. 碳纳米管复合材料的制备 (4)3. 碳纳米管及其复合材料的应用领域 (5)三、柔性应变传感器的原理及发展现状 (6)1. 柔性应变传感器的基本原理 (8)2. 柔性应变传感器的发展现状 (9)四、基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展 (10)1. 碳纳米管柔性应变传感器的研究现状 (11)（1）制备工艺研究 (13)（2）性能研究 (14)2. 碳纳米管复合材料柔性应变传感器的研究进展 (15)（1）复合材料的类型及性能特点 (17)（2）传感器的制备工艺优化 (18)（3）应用研究及成果展示 (18)五、面临的挑战与展望 (20)1. 目前研究面临的挑战分析 (21)2. 未来发展趋势及展望分析 (22)一、内容概述柔性应变传感器作为一种新型的传感器技术，具有结构简单、响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强等优点，在工程测量、生物医学、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究取得了显著的进展。
本文将对这一领域的研究现状进行梳理，重点关注碳纳米管及其复合材料在柔性应变传感器中的基础研究、制备方法、性能优化以及应用实例等方面的最新进展。
通过对国内外相关研究成果的分析和对比，总结了目前该领域的主要研究方向和发展趋势，为进一步推动柔性应变传感器的研究与应用提供参考依据。
二、碳纳米管及复合材料的概述碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是一种具有独特结构和优异性能的一维纳米材料。
由于其高导电性、高热导率、高机械强度以及良好的化学稳定性，CNTs在电子、传感器、复合材料等领域得到了广泛的应用。
基于碳纳米管的柔性应变传感器因其高灵敏度、良好的机械柔韧性和稳定性受到了研究者们的广泛关注。
随着科技的进步，单一的碳纳米管在某些应用场景中可能难以满足复杂多变的需求，于是人们通过一定的工艺和技术，将碳纳米管与其他材料相结合，形成复合材料。
无基底阵列式碳纳米管膜
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｃ ｎ ｍｉａ ｎ ａ ｙ ｏ ｅ ａｅ ｔｏ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ｈ ｃ ｒｅ ｓ ｂ ｔ ｔ ｌ ｎ ｄ ａ ｒｙ ｃ ｒ ｏ ａ ｏ ｕ ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｅ ｏ ｏ ｃ ｌ ａ ｄ ｅ ｓ － ｐ ｒ ｔｄ ｍｅｈ ｄ ｗｅｅ ｉ ｔ ｕ ｅ ， ｙ ｗ ｉｈ ｆｅ － ｕ ｓｒ ｅ ａｉ ｅ ｒ ａ ｂ ｎ ｎ ｎ ｔ ｂ ｏ ａ ｇ ａ
ｉ ｅ ｕｒ ｒｎｆｒｔ Ａ一 ｂｔ ｔ ｉ ８ ％ 。 ｗ ｉ ｓｈｇｅ ｈｎ ｔａ ｏ ｎｍ ｌｑ ａ （０ ） ．Ｔ ｅｒｓ ｔ ｃ ｆ ｓ ｄｑ ａｔ ｔ ｓ ｏ １ ｕ ｓａｅ ｓ ０ ｈ ｚ ａ ｅ ｓ ｒ ｈ ｈ ｉ ｉ ｒｔａ ｈ ｔ ｆ ｏ ａ ｕ ｒ ２ ％ ｃ ｈ ｔ ｈ ｅｉａ ｅ ｏ ｓｎ
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第 ３卷第 ２ 期
２ ０ 年 ４月 ０６
纳 米 加 工 工 艺
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碳纳米管的光学性质及其在光限幅中的应用
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件 ［ 复合 材料 ［ ．］ 。 ］ １ １ 等领域 取得应 用 。 ０１ 制备碳 纳米 管 的方 法 主 要有 电 弧 法ｕ 脉 冲激 、 光法 ［ ５ 催 化 裂 解 法 ［ 。等 。２０ ］ 和 。 ］ ００年 ， 黎 明 戴 等［ ， ］ １２ 利用裂 解 酞菁 金 属 有 机 化 合 物 的 方 法 ， 功 ９０ 成 制备 出大面 积高 度定 向排 列 的碳 纳 米 管阵 列 膜 。在 此基础上 ， 他们 通过 微 型 平 版 印刷 技 术 ， 实现 了阵 列 碳 纳米管 的 图形化 生 长 。２０ ０ ２年 ， ｎｇ ［］ 化 学 Ｗａ 等 用 气相沉 积法在 特殊 几 何形 貌 的 硅基 底 上 制备 了具 有
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｃ ｒｏ ａ ｏｕ ｅ ｏ ｔｃ ｒｐ ｒｉｓ ｏ ｔｃ ｉ ｔ ｇ ｙ ｒ ｓ ａ ｂ ｎ ｎ ｔｂ ｓ ｎ ｐｉａ ｐ ｏ ｅｔｅ ｐ ｉａ ｌ ｉ ｌ ｌ ｍ ｎ ｉ
碳 纳米管 ［ ］ 卜０由片层结 构 的石墨卷成 的无 缝 、 中
立体 各项异 性微 结构 的阵列 碳纳米 管薄 膜 ， 研究 了 并 薄膜 的浸润性 质 。研 究 表 明 ， 仅 改变 结 构 参数 ， 仅 可 以使 薄膜从 超亲 水 变化 为 超 疏 水 。这 些 工 作 为 碳纳 米管 在场发 射等 方面 的应 用 打下 了基础 。
碳纳米管在热管理材料中的应用研究
碳纳米管在热管理材料中的应用研究ﻭ长期、可靠地保护敏感电路及元器件, 在当今众多灵敏的电子产品应用中变得越来越重要。
电子器件功率的不断增加以及小型化、高密度封装的趋势，导致芯片功率密度迅速增大，其内部的热流密度也随之增加, 从而使芯片散热面临严峻的考验，对于热管理的需要也不断增加。
低热阻、高热导率的散热材料能有效地将芯片产生的热量快速导出并耗散掉。
热管理材料主要包括散热片用材料、热界面材料和聚合物基封装散热材料3类，其中散热片用材料主要是铜铝等高导热金属材料，用于制备封装的被动散热片；热界面材料则用于连接芯片、热沉和散热片等以主要的导热通路，将热量从芯片散逸至散热设施；封装散热材料则主要是含有高导热粒子的聚合物基，在封装结构中起辅助散热作用。
ﻭ 1 碳纳米管作为导热添加剂ﻭ碳纳米管极高的热导率推动了改善聚合物基导热性能的研究。
已经有大量的研究证明，将碳纳米管作为填料对改善聚合物基的热传导有显著的效果。
含有1%(质量分数)单壁碳纳米管的环氧树脂室温下的热导率相对于未添加样品提高了１25%，当单壁碳纳米管含量为 3％(质量分数)时其热导率提高了 3０0%, 但是这与单根碳纳米管的热导率相比是微乎其微的. 基于目前添加碳纳米管改性聚合物基导热性能的研究,主要有5 个因素阻碍了此类导热性能的进一步提升：（1) 碳纳米管在基体中的分散较差;（2）碳纳米管的界面；(3) 碳纳米管在中的取向；（４）碳纳米管的长径比；（5）碳纳米管在中的含量.但是, 不论是改善碳纳米管在树脂基体中的分散、界面、取向程度、提高含量等，所获得的的热导率基本都低于１Ｗ/（m K),这主要是由于仅靠碳纳米管一种填料作为中的导热网络的单一组分复合体系,其能发挥的效果有限。
因此，可将碳纳米管和其他导热填料共同用于，构成三维的导热网络结构, 通过它们之间的协同效应，使表现出比单独一种材料更加优异的性能。
2。
1 碳纳米２碳纳米薄膜制备及其不同方向的导热性能ﻭ管薄膜的制备碳纳米管薄膜又称巴基纸,是由相互缠绕的碳纳米管通过管间的范德华力构成的像纸一样的、具有自支撑结构的碳纳米管薄膜。
【国家自然科学基金】_阵列碳纳米管_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
科研热词 碳纳米管阵列 碳纳米管 应用 场发射 化学气相沉积 随机共振 阵列密度 阵列天线 纺丝 离子注入 碳纳米管纤维 电流密度 热界面材料 气体传感器 栅极冷阴极 有机质填充 控制转移 悬空单壁碳纳米管阵列 微纳传感器件 微传感器 应变传感 大功率电子器件 多壁碳纳米管 场效应 场发射性能 单壁碳纳米管阵列 制备 信噪比
2011年
2012年 科研热词 推荐指数 序号 科研热词 推荐指数 碳纳米管 6 1 碳纳米管 3 碳纳米管阵列 2 2 碳纳米管阵列 2 非欧姆接触 1 3 黄金 1 隧道电流 1 4 高活性 1 阵列探测器 1 5 高分子 1 阵列 1 6 阵列纺丝法 1 长线 1 7 阴极催化剂 1 铁催化剂 1 8 铂基催化剂 1 透射电镜 1 9 表面 1 透射电子显微镜 1 10 聚苯胺纳米线阵列 1 超顺排 1 11 结构缺陷 1 超级电容器 1 12 米片 1 薄膜 1 13 等离子体技术 1 结构 1 14 等离子体 1 组装 1 15 稳定性 1 纳米管阵列 1 16 碳纳米管纤维 1 纳米复合材料 1 17 碳纳米管场效应晶体管 1 等离子增强的气象化学沉积法 1 18 碱性燃料电池 1 碳纳米纤维 1 19 石墨 1 碳纳米管聚集体 1 20 电导率 1 碳纳米管应用 1 21 电化学聚合法 1 研究进展 1 22 生物质 1 生长温度 1 23 炭纤维 1 炭电极材料 1 24 浸润 1 火焰 1 25 氧还原反应 1 渐变掺氮 1 26 毛细管力 1 流体排列 1 27 时域有限差分方法 1 氧化锌碳纳米管复合结构 1 28 改进的化学气相沉积法 1 比电容 1 29 掺氮 1 模板 1 30 微通道 1 有机离子盐 1 31 强耦合 1 微流道 1 32 复合材料 1 平板显示技术 1 33 场致电子发射特性 1 定向碳纳米管阵列 1 34 取向 1 大电流性能 1 35 单壁碳纳米管 1 场致发射 1 36 化学气相沉积 1 场发射性能 1 37 力学性能 1 合成 1 38 前处理 1 双壁碳纳米管 1 39 共振耦合 1 原位观察 1 40 光子带隙 1 力学性能 1 41 催化活性 1 光响应 1 42 一维碳基纳米材料 1 催化气化 1 43 surface 1 偏置电压 1 44 structural defect, transmission 1 spectra, gold nan 二氧化钛 1 45 pretreatment 1 乙醇 1 46 modified cvd method 1 tio2 1 47 carbon nanotubes 1 tem室 1 48 carbon fibers 1 photodetectors, double-wailed 1 carbon nanotube （dwcnt） films, tio2 nanotube arrays, heterodimensio carbon nanotubes, gasification, 1 growth, iron catalyst, environmental transmission electron microsco
碳纳米管薄膜场效应晶体管的初步研究
①
收稿 日期 ：０７一 １ ６ ２０ Ｏ —２ 作者简介 ： 张世花 （ ９０一 。 。 １８ ） 女 湖北红安人 。 助教。
力学化学性能以及独 特的 电学性 能， 而且还 体现 出优 于普通
规整 、 尺寸均匀 的二维 碳纳米 管 Ｊ 他 们 还采 用光刻 技术 在 ， 石英片上构筑 出分辨率小至微米 级的碳纳米管 图案 。中科
院物理所得解思 深研 究员 早 在 １９ ９ ６年 通过溶 胶凝胶 的 方
法得到含有铁纳米催 化剂 的多孔氧 化硅 ， 以乙炔为碳 源得到
模板上的垂直的阵列多 壁碳 纳米管 制备 了纳米 晶体管 ， 晶体
管器件在 ３ Ｋ具有很好 的开关 性能“ ０ 。利用 Ｃ Ｄ方法制备 Ｖ 了结 构规 整 ， 排列有序的二维 和三维阵列碳 纳米 管薄膜 ， 并应 用四探针 技术测量 了阵列碳纳米管膜 碳管轴 向的垂直方 向和 平行方向的电学传输性 能 ， 现 阵列 碳纳 米管 薄膜是各 向异 发
定型碳等 。和氢结合以后 ， 以得到一 系列的有机物。碳基材料 范围很广 ， 可 包括小分子和聚合物 ， 它们 包括 绝缘 体， 半导
性能和导 电聚合物， 具有开关性能， 具有超导性能和磁性 能等 。将来碳基 电子将有 可能取 代硅 电子器件。 固态碳有 两种
成键方式 ， ０和 ｓ ｐ 成键形式 。在它的 成键 形式中， 如富勒烯和石墨 ，碳是半导体性能的 。富勒烯 的衍 生物如 Ｃ ０ ： 富勒烯 ； 纳米管 ； 场效应 晶体 管
中图分类号 ： Ｎ３１５ Ｔ ２．
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： ０ — ４８ ２０ ）２ ０３ — ３ １ ８ ８５ （０７ ０ — ０ １ ０ ０
二氧化锆纳米管阵列的表面处理及性能研究
河北工业大学硕士学位论文第一章绪论1.1 引言自从进入90 年代以来，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽，基础研究和应用研究取得了重要进展。
人们通过不懈的努力，以纳米材料为开端逐步衍生出纳米化学、纳米物理学、纳米电子学，纳米生物学等学科；派生出纳米技术、纳米工艺等新的技术，进一步推动了纳米材料的发展。
1.2 纳米材料综述1.2.1纳米材料的概念所谓纳米材料就是指在一维、二维或者三维的空间中始终处于1～100 nm 范围内的晶体或非晶体物质。
从材料的结构单元层次来说，纳米材料粒子既不同于微观原子或分子，又不同于宏观体相材料，它是介于宏观物质和微观原子、分子之间的特殊状态，具有宏观体相的元胞键合结构，同时具备块体所没有的崭新的物理化学性能。
纳米材料广义来说，是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度(1~100 nm) 限制的各种固体超细材料，故此按其维数可以划分为三类，即：（1）零维纳米材料：指空间中三维尺寸处于纳米尺度的材料，如纳米尺度颗粒、原子团簇、纳米点等。
（2）一维纳米材料：指空间中有二维尺寸处于纳米尺度的材料，如纳米线、纳米棒等。
（3）二维纳米材料：指空间中有一维尺寸处于纳米尺度的材料，如纳米薄膜等。
除此之外，还发现一种兼具一维和二维特征的新型准一维纳米结构-纳米带，为研究电子运输现象提供了理想的平台。
1.2.2 纳米材料的性质当粒子尺寸进入纳米量级(1~100 nm) 时，其本身具有表面效应、小尺寸效应、量子效应及宏观量子隧道效应，从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能。
主要表现在具有极佳的力学性能, 如高强、高硬和良好的塑性及韧性；另外1二氧化锆纳米管的表面处理及性能研究纳米材料的表面积与体积比值很大，因此它具有相当高的化学活性，在催化、敏感和响应等性能方面显得尤为突出。
(1) 纳米材料的表面效应表面效应，是指纳米微粒的表面原子数与总原子数之比随着纳米微粒尺寸的减小而大幅度，粒子表面结合能随之增加，从而引起纳米微粒性质上变化的现象。
碳纳米管材料结构与性能的研究
碳纳米管材料结构与性能的研究中文摘要英文摘要关键词绪论研究背景碳纳米管是20世纪90年代发现的一种碳材料的一维形式，具有优良的物理化学性能。
纳米材料由于其尺寸处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性，展现出独特的电学、光学和机械特性，碳纳米管在物理、化学、信息技术、环境科学、材料科学、能源技术、生命及医学科学等领域均具有广阔的应用前景。
正是由于碳纳米管这种潜在的价值和广泛的应用前景，使有关碳纳米管材料的研究成为最受关注的研究领域之一。
纳米材料这一概念形成以后，世界各国都给予了极大关注，它所具有的独特性质，给物理、化学、材料、生物、医药等领域的研究带来了新的机遇。
碳纳米管材料的分类碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管（或称单层碳纳米管，Single-walled Carbon nanotubes, SWCNTs）和多壁碳纳米管（或多层碳纳米管，Multi-walled Carbon nanotubes, MWCNTs）。
碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型：扶手椅形纳米管（armchair form），锯齿形纳米管（zigzag form）和手性纳米管（chiral form）。
碳纳米管的手性指数（n，m）与其螺旋度和电学性能等有直接关系，习惯上n>=m。
当n=m时，碳纳米管称为扶手椅形纳米管，手性角（螺旋角）为30o；当n>m=0时，碳纳米管称为锯齿形纳米管，手性角（螺旋角）为0o；当n>m≠0时，将其称为手性碳纳米管。
根据碳纳米管的导电性质可以将其分为金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管：当n-m=3k(k为整数)时，碳纳米管为金属型；当n-m=3k ±1，碳纳米管为半导体型。
按照是否含有管壁缺陷可以分为：完善碳纳米管和含缺陷碳纳米管。
按照外形的均匀性和整体形态，可分为：直管型，碳纳米管束，Y型，蛇型等。
碳纳米管的研究进展
碳纳米管制备方法的研究进展碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料，由石墨碳原子层卷曲而成。
由于拥有潜在的优越性能，碳纳米管无论在物理、化学还是在材料学领域都将有重大发展前景。
近年来，美国、日本、德国和中国等国家相继成立了纳米材料研究机构，碳纳米管的研究进展随之加快，并在制备方面取得了突破性进展。
1.电弧法石墨电弧法是最早的、最典型的碳纳米管合成方法。
其原理为电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定【1】。
放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物【2】.。
由于电弧放电剧烈，难以控制进程和产物，合成物中有碳纳米颗粒、无定形炭或石墨碎片等杂质，杂质很难分离。
所以研究者在优化电弧法制取碳纳米管方面做了大量的工作。
为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert【3】将将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管的缺陷。
C.Journet【2】等在阳极中填入石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。
研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs合成。
近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。
2.催化裂解法。
催化裂解法亦称为化学气相沉积法，其原理是通过烃类或含碳氧化物在催化剂的催化下裂解而成【4】。
目前对化学气相沉积法制备碳纳米管的研究表明，选择合适的催化剂、碳源以及反应温度十分关键。
K.Hernadi等【5】发现碳源的催化活化顺序为：乙炔＞丙酮＞乙烯＞正茂烷＞丙烯≥甲醇=甲苯≥甲烷。
Ren[6]等在666℃条件下,在玻璃上通过等频磁控管喷镀法镀上厚度为40nm的金属镍,以乙炔气体作为碳源,氨气作为催化剂,采用等离子体热流体化学蒸气分解沉积法,得到了在镀有镍层的玻璃上排列整齐的阵列式碳纳米管管束。
无基体柔性阵列式碳纳米管膜的制备
高温 金属 材料等 基底 上直 接沉 积 出具有定 向排 列 的
碳纳 米管 ； 另一 种是 碳 纳 米 管 与 聚合 物 复 合形 成 复 合薄 膜 。这 种 复合 薄 膜 中 的碳 纳 米 管 位 向随 机 分 布， 采用 切片 方式 ， 以使 一 部分碳 纳米 管从 膜 中露 可 出， 碳纳 米管在 膜 中 同位 向分 布 。在利 用 碳 纳 米管 的单 向优 秀性 能方 面 ， 一 种膜好 ， 第 但是 第一 种方 法 制 造 的薄膜都 有 刚性 和耐 高 温 衬 底 ， 这就 限制 了它 的生产 规模 和应 用 范 围。第 二 种 膜应 用 方 便 ， 是 但 由于碳 纳米 管 的位 向是 随机 分 布 ， 同时在 复 合 材 料 混制 过程 中 ， 纳米 管分散 不均 匀 ， 会使 同位 向分 碳 将 布 的碳 纳 米管密 度 变 小 ， 而 大 大影 响 碳 纳米 管 膜 从 的使 用性 能 。本 文 介 绍 了一 种 方 法 ， 以将 阵 列式 可
将质 量浓 度为 ５ 的 聚 乙烯 醇 溶 液 以 ３０ ０ ｒ ％ ０ ／ ｍｉ ｎ的速度 离心 旋转 ３ ｉ ， 其渗 透 到 Ａ 基 阵列 ０ｍｎ 使 ｌ 式碳 纳 米管 中 ， 成 一 层 聚合 物 膜 。将 该 样 品放 在 形
１０。 ５ Ｉ 烘 箱 中 烘 干 或 自然 风 干 ， 后 用 浓 度 为 ：的 然
上， 使制 造 的阵列 式 碳 纳米 管 膜 具 有上 述 两 种 膜 的 特 点 ， 大 限度地利 用 了阵 列 式 碳 纳 米管 单 向性能 最 优 异 的特点 。
（ 揭 下 Ａ 基 底 。 纳 米 管 转 移 到 Ａ 基 底 上 ３） ｌ 碳 ｌ
１ 实 验
‘ 用化学气相沉 积 法 ， 有 机碳 、 机 铁催 化 剂 高 用 有 温裂解共沉 积法在 石 英玻 璃上 沉积 出定 向排 列 的 多 壁碳纳米 管 。实验参数 为反应温度 ８０℃ ， ０ 氩气作 为
在金属薄膜衬底上定向生长碳纳米管
米 管 。Ｃ ＶＤ法具 有 成 本低 、 量 大 、 验 条件 容 易 控 产 实 制 等优点 ， 适合 于工业 大批 量的生 产 ， 够通 过控 制相 能 关 的工艺 条件 ， 制 备 出定 向阵 列 的碳 纳米 管Ｈ 。 目 来 ］
前， 制备碳 纳米 管 的 Ｃ ＶＤ 方法 主要 分为 两 类 ： 一种 是 等离 子 体 增 强 Ｃ ＶＤ（ Ｅ Ｖ ； 外 一 种 是 热 Ｃ Ｐ Ｃ Ｄ） 另 ＶＤ
文章 编号 ：０ １９ ３ （Ｏ ０ ０ —０ ００ １０ －７ １ ２ １ ）６１ ３ —４
２ 实 验
２ １ 实 验设备 与气源 ．
１ 引 言
碳 纳米管 的研 究是 科 学 界 的热 点 ， 因为 这种 准 一 维材料 在 电学 、 学 、 学口 等 方 面都 有 着 优 异 的性 力 热 能 ， 许多领 域 具有 美好 的应 用前 景 。碳 纳米 管 是 由 在
到预定 的温 度 ７ ０ ， ５ ℃ 打开射 频 ， 使用 氢 的等 离子体 刻
蚀 Ｆ ｅ薄 与 适 当 的刻 蚀
时间 ， 衬底表 面 形成 适 合 碳纳 米 管生 长 的催 化 剂 颗 在
粒。
为 了满 足 应 用 的 需 求 ， 研 人 员 一 直 致 力 于 发 展 科
管定 向生长机制 的作 用。利 用等 离子体 增 强化 学 气相 沉积（ Ｅ ＶＤ 的方法 ， Ｐ Ｃ ） 以金 属 Ｆ ｅ薄膜 为催 化 剂 ， 单 在
晶硅 衬 底 上 定 向 生 长 碳 纳 米 管 （ ＮＴ） Ｃ 。通 过 给 予 不 同
的预 处 理 时 间和 温度 条件 ， Ｆ ／ ｉ 底 上沉 积 出碳 在 ｅＳ 衬 纳米管 ， 通过扫描 电子显微 镜 （ Ｅ 进 行表征 ， 不 同 Ｓ Ｍ） 将
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定 的催 化 剂浓 度 范 围 内， 阵列 碳 纳 米 管 的 薄膜 厚 度 随
催化 剂浓 度提 高而 增加 ； 在 生长 时间相 同时 ， 阵列碳 纳
米 管薄膜 厚度 随 载 气 流速 的 增 加 而 降低 ， 且 下 降趋 势 近似 为 线性 ； 随着 生长 时间 的增长 ， 阵 列碳 纳米 管 薄膜 的厚度也 随之 增加 ， 且在前 ６ ０ ｍｉ ｎ生 长速 度 最 快 达到
２ ４ ｕ ｍ／ ｍｉ ｎ， ６ ０ ｍｉ ｎ之 后 生 长 速 度 减 缓 。
２ 实 验
采 用化 学气 相沉 积 法 （ Ｃ ＶＤ） ， 在 石 英 基 底 上制 备 定 向排 列 的 多壁 碳 纳 米 管 阵 列 ， 以 二 甲苯 为 碳 源 ， 二茂铁 作 为催化 剂 ， 将 两 者 混 合 液超 声 振 荡 １ ０ ｍｉ ｎ制
舟上 ， 放 入石英 管 中部 恒 温 区 ， 升 温过 程 通 Ａｒ 作 为 保
护气 。具 体制 备碳 纳 米 管 的 装 置 如 图 １所 示 ， 主要 由 单 温加 热炉 、 石英 管 、 精 密 流量泵 组成 。放 置 在 加热 炉
中的石 英管 内径 ６ ０ ｍｍ， 加热区长 ４ ０ ０ ｍｍ， 利用 ３ ｍｍ
热 电偶
图１ 实验装 置结 构简 图
Ｆｉ ｇ １ Ｓｅ ｔ ｕ ｐ ｏ ｆ ｅ ｘｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ
３ 结 果 分 析 与 讨 论
实验 中 主要研 究 了催 化 剂浓度 、 载 气 流速 、 生 长 时 间这 ３ 个 因 素对 阵列碳 纳米 管薄 膜厚 度 的影 响 。
（ １ ．西 南科 技大 学 材 料科 学 与工程 学 院 ，四川 绵 阳 ６ ２ １ ０ １ ０ ； ２ ．中国工程 物理 研究 院激 光聚变 研究 中心 ， 四川 绵 阳 ６ ２ １ ９ ０ ０ ）
摘 要 ： 采 用化 学 气相 沉 积 法制 备 了阵列 碳 纳 米 管 备定 向碳 纳米 管 阵列 ， 是 目前 最 常 用 的方 法 。本 文 采 用连 续进 样 的化 学 气 相沉 积 法 ， 以二 甲苯 为 碳 源 二 茂
薄膜 ， 对 薄膜 生长 厚 度进 行 了 系统研 究 。利 用 扫描 电
子显微 镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 、 拉 曼光 谱 （ Ｒａ ｍａ ｎ ） 对 样 品 形 貌 以 及
结构进 行 了表 征 。结 果 发现 ， 在相 同 的 生长 时 间和 一
铁 为催 化剂制 备 阵列 碳 纳米 管 ， 并 通 过 改 变 制 备 工 艺 条件 ， 研 究 了各 种 实验 条 件 对 阵 列碳 纳 米 管 薄 膜 厚 度
目前 已经有很 多科 研人员 对碳 纳米 管 阵列 的制备
进 行 了研 究 。制备 碳纳 米 管 阵列 的方法 主 要 有 以下 ３
种： 电弧法 ］ 、 模 板 法…。 以及 化 学气 相 沉积 法 ｌ １ 。 。 其 中化 学气 相沉 积法 制备碳 纳米 管 阵列所 需 的设 备 和 工艺 流程相 对 比较 简 单 ，制备 条 件 相 对 可 控 ， 易 于 制
ｌ 引 言
碳 纳 米管 自 １ ９ ９ １年被 Ｉ ｉ ｊ ｉ ｍａ ｌ １ 发 现 以来 ， 以其 卓 越 的电学 、 力学 、 光学 以及 热学性 能 吸引 了众 多 国 内外 学者 的关 注＿ ２ ］ 。随后 制备 成功 的定 向碳 纳米 管 ］ ， 显 示 出 了更 加独 特 的性 能 ， 目前 对 定 向碳 纳米 管 研 究 较 多 的是其 优 异 的场 发 射 特 性＿ ７ ］ 。然 而 ， 有 研 究 发 现 定 向碳纳米 管 薄膜 的厚度 对其 场发射 性 能有 着一 定 的影 响ｌ ８ ｊ 。此 外 ， 定 向碳 纳米 管 阵列 ， 具有 一 致 的长 径 比 、 较 好 的取 向与纯 度 ， 特 别 是 其特 殊 的管 状 结构 及 电荷 传 输性 能对 高 能 电子 具 有 优越 的输 运 和准 直 特 性 ］ ， 有 望作 为激 光惯性 约 束聚变 （ Ｉ Ｃ Ｆ ） 研 究 中的靶 材 ， 解 决 高能 电子 的传输 问题 。作 为高 能 电子 定 向输 运用 的阵 列碳 纳米管 薄 膜靶 ， 其 与定 向输 运 结果 密 切 相 关 的阵 列薄 膜厚 度 需 要 得 到 很 好 的 控 制 并 具 有 良好 的 重 现 性， 这样所 获得 的实 验 结果 才 能 对 理 论模 拟 结 果 进 行
验证 并进 而对 理 论 模 型 进行 修 正 。 因此 ， 对 阵列 碳 纳 米 管薄膜 厚度 进行 有效 调控有 着重 要 的意义 。
不 锈钢 管将 一定 浓 度 的催 化剂 前 驱 液 导 入 反 应 室 ， 通 过 精密 流量 泵控 制进 液速 度 。用 热 电偶 实 时测 量 不锈 钢 管 的端部 温度 ， 即催 化剂 前驱 液裂 解 温度 ， 同时 可通 过调节 不锈 钢管 端部 位置 来调 节裂 解 口处 温度 。将石 英片基 底 置于石 英 舟上 。反应 前先 把石 英 片分 别 在丙 酮、 乙醇 、 去离 子水 中超声 １ ０ ｍｉ ｎ ， 烘干后 备 用 。
锨
文章编 号 ： １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） １ ５ － ２ １ ６ １ ３ 年第 １ ５ 期（ ４ ４ ） 卷
阵 列碳 纳 米 管 薄 膜 厚 度 调 控 研 究
马康 夫 ， 付 志兵 ， 杨 曦 ， 王 朝 阳 ， 唐 永 建
关键词 ： 阵列碳 纳米 管 ； 厚度； 生长速 度
中图分 类号 ： ＴＱ１ ７ ７ 文献标 识码 ： Ａ ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ Ｏ １ — ９ ７ ３ １ ． ２ Ｏ １ ３ ． １ ５ ． Ｏ Ｏ ７
成催 化剂前 驱液 ， 静置 ２ ４ ｈ后备 用 ， 石 英基 底 置 于石英