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1、報(bào)告人：張迎學(xué)號(hào)：10720200專業(yè)：物理化學(xué)納米管的制備、表征及在電化學(xué)方面的應(yīng)用目錄碳納米管簡介碳納米管制備表征方法在電化學(xué)方面的應(yīng)用碳納米管碳納米管(Carbonnanotube，CNT)是1991年才被發(fā)現(xiàn)的一種新型碳結(jié)構(gòu)，它是由碳原子形成的石墨片層卷成的無縫、中空的管體。分類：單壁碳納米管Single-walledcarbonnanotubeSWNT多壁碳納米管Multi-walledcarbonnanotubeMWNT由于碳納米管的直徑很小、長徑比大，故可視為準(zhǔn)一維納米材料。碳納米管具有奇特的電學(xué)性能，并和其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，可用于制作晶體管等納米電子器件。碳納米
2、管的電子能帶結(jié)構(gòu)特殊，波矢被限定于軸向，量子效應(yīng)明顯，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管是真正的量子導(dǎo)線。碳納米管的性能碳納米管具有發(fā)射閾值低、發(fā)射電流密度大、穩(wěn)定性高等優(yōu)異的場發(fā)射性能，可用于制作高性能平板顯示器。石墨平面中的碳碳鍵是自然界中已知的最強(qiáng)的化學(xué)鍵之一，碳納米管的結(jié)構(gòu)為完整的石墨網(wǎng)格，因此其理論強(qiáng)度接近于碳碳鍵的強(qiáng)度。理論預(yù)測其強(qiáng)度大約為鋼的100倍，而密度只有鋼的1/6，并具有很好的柔韌性。因此被稱之為超級纖維，可用于高級復(fù)合材料的增強(qiáng)體，制成輕質(zhì)、高強(qiáng)的太空纜繩，在航空、航天等高技術(shù)領(lǐng)域大顯身手。此外，碳納米管還具有很好的吸附特性，如高效儲(chǔ)存氫氣。碳納米管的制備方法基體
3、法噴淋法化學(xué)氣相沉積法浮游法多壁碳納米管球磨法電解法低溫固體熱解法納米管制備方法擴(kuò)散火焰法電弧法激光蒸發(fā)法單壁碳納米管化學(xué)氣相沉積法太陽能法電弧法電弧法(laserablation)指在3000~4000℃的高溫下，兩電極間氣體空間導(dǎo)電，通過優(yōu)化惰性氣體的種類及壓力、電流的性質(zhì)、電壓及電極的相對尺寸等反應(yīng)條件，使固體碳源蒸發(fā)并進(jìn)行結(jié)構(gòu)重排，從而制得大量碳納米管。電弧法的工藝參數(shù)較易控制，但制備裝置復(fù)雜，不適合大批量連續(xù)生產(chǎn)?；瘜W(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法（chemica-vapourdespositonCVD)是以易分解的有機(jī)物為碳源，在500-1200℃溫度范圍內(nèi)在過渡金屬
4、元素催化劑的作用下，使碳源分解產(chǎn)生碳原子。常見的CVD方法有等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)和熱CVD(TCVD)。PECVD通過等離子體的誘導(dǎo)和刻蝕實(shí)現(xiàn)了碳納米管的定向生長,制備出疏密可控、垂直性好的定向碳納米管陣列。PECVD的要求較高,而且其腔體尺寸限制了碳納米管陣列的面積,不利于制備大面積的碳納米管陣列。TCVD大多是要通過在模板(如多孔硅、氧化鋁及沸石)上沉積金屬催化劑顆粒,然后實(shí)現(xiàn)碳納米管陣列的生長。激光燒蝕法激光燒蝕法通常采用脈沖激光照射到含有過渡金屬催化劑的石墨靶上,在惰性氣氛中維持約1200℃的溫度,被激發(fā)成納米碳管的石墨靶由保護(hù)氣流帶走沉積在收集器上。激
5、光燒蝕法合成的單壁納米碳管純度高,但所用設(shè)備比較昂貴,合成單壁納米碳管的量極其有限且容易纏結(jié),因而難以推廣。碳納米管的表征掃描電子顯微鏡(SEM)透射電子顯微鏡（TEM)高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)掃描隧道顯微鏡(STM)X射線衍射分析(XRD)熱重分析(TGA)拉曼光譜(Raman)掃描電鏡和光學(xué)顯微鏡及透射電鏡相比，掃描電鏡具有以下特點(diǎn)：(一)能夠直接觀察樣品表面的結(jié)構(gòu)，樣品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。(二)樣品制備過程簡單，不用切成薄片。(三)樣品可以在樣品室中作三度空間的平移和旋轉(zhuǎn)，因此，可以從各種角度對樣品進(jìn)行觀察。(四)景深大，圖象富有立體
6、感。掃描電鏡的景深較光學(xué)顯微鏡大幾百倍，比透射電鏡大幾十倍。(五)圖象的放大范圍廣，分辨率也比較高?？煞糯笫畮妆兜綆资f倍，它基本上包括了從放大鏡、光學(xué)顯微鏡直到透射電鏡的放大范圍。分辨率介于光學(xué)顯微鏡與透射電鏡之間，可達(dá)3nm。(六)電子束對樣品的損傷與污染程度較小。(七)在觀察形貌的同時(shí)，還可利用從樣品發(fā)出的其他信號(hào)作微區(qū)成分分析。幾種襯底上生長的定向碳納米管SEM圖(a)拋光硅片襯底;(b)經(jīng)砂磨的硅襯底;(c)多孔硅襯底;(d)不銹鋼片襯底SEM圖四種不同襯底上樣品的SEM圖,可見鋼片上的碳納米管不能定向生長,且結(jié)晶碳較多,管徑不均勻.硅襯底上都能很好的實(shí)現(xiàn)碳納米管
7、的定向生長,但相比之下,拋光硅上的定向性更好,管徑更直、更均勻,經(jīng)砂磨的硅襯底次之,多孔硅又次之這是由于平整的襯底表面有利于形成碳納米管陣列透射電子顯微鏡由于電子易散射或被物體吸收，故穿透力低，樣品的密度、厚度等都會(huì)影響到最后的成像質(zhì)量，必須制備更薄的超薄切片，通常為50～100nm。所以用透射電子顯微鏡觀察時(shí)的樣品需要處理得很薄。常用的方法有：超薄切片法、冷凍超薄切片法、冷凍蝕刻法、冷凍斷裂法等。對于液體樣品，通常是掛預(yù)處理過的銅網(wǎng)上進(jìn)行觀察.分辨力0.2nm，放大倍數(shù)可達(dá)百萬倍。TEM是做材料微觀組織分析，比如
