文档介绍：兰州理工大学
硕士学位论文
纳米碳管的制备及场发射性质研究
姓名:芦玲
申请学位级别:硕士
专业:凝聚态物理
指导教师:戴剑锋
20070508
摘要单壁纳米碳管哂惺侄捞氐慕峁固卣鳎τ昧煊蛞彩止惴骸H而,单壁纳米碳管的大规模制备和纳米碳管的定向排列却始终是瓶颈,大大限制了对单壁纳米碳管的应用研究;在纳米碳管的各种优异性能中,纳米碳管的场发射特性尤其引人注目,用于评价纳米碳管阵列场发射性能优劣的重要参数是电场增强因子。影响该参数的主要因素包括纳米碳管阵列密度、长径比、管尖端结构和尖端电子逸出功等。因此,在理论上弄清电场增强因子与上列因素的具体关系,有利于提高场发射性能;定向排列纳米碳管对实验中研究纳米碳管场发射性质、制备纳米碳管冷阴极具有重要意义。本文采用自发研制组装的“阳极弧等离子体法制备纳米碳管的实验装置”,通过阳极弧等离子体蒸发内含催化剂的石墨棒合成了单壁纳米碳管及管柬,对产物进行了湎哐苌浞治觥光谱分析和热重分析等多方面表征,表明本实验产物是结构缺陷少、纯度高、碳管直径均匀、准直、质量好的单壁纳米碳管及管柬。给出了阳极弧等离子体法制备高质量单壁纳米碳管的最佳条件为:氦气压为甇×〉缌魑,催化剂质量比为簑::己玫睦淙刺跫2⒓扑愠龅ケ谀擅滋脊芗肮苁拿芏燃暗ジ擅滋脊艿杨氏模量随半径的变化关系。通过纳米碳管阵列模型研究了纳米碳管周围的电势分布,得出纳米碳管阵列的电场增强因子与管长,管半径以及纳米碳管阵列面密度关系。提出在层流场中定向排列纳米碳管的技术,并计算了在层流场中、电场中、强磁场中重新定向排列的机理,用机械拉伸法将确稚⒉⒍ㄏ蚺帕性中得到各向异性且力学性能和电学性能优异的癙春喜牧稀4实验结果证明机械拉伸法与层流场中定向排列纳米碳管的理论预测相符。关键词:纳米碳管;制备;场发射;定向排列硕七学位论文
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别谧轹翻均醐。叫年伊飞札作者签名:等日期:年名月/日‘茕译⒈C芸冢凇!D杲饷芎笫视帽臼谌ㄊ椤学位论文原创性声明学位论文版权使用授权书【本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本由本人承担。作者签名:日期:学位论文。本学位论文属于⒉槐C芸凇朐谝陨舷嘤Ψ娇蚰诖颉啊獭—,
第滦髀单壁纳米碳管的结构一定的弯曲,形成空间拓扑结构,其中可能形成一定的踊,而随着纳米碳合所形成的六边形平面组成的圆柱面;其平面六角晶胞边长为最短的碳一年,康炔捎檬ǖ缁》ǖ谝淮沃迫×薱∞,通过对其结构进行研究,发现它是碳元素的另一种同素异构晶体。年,日本净⊙究实验室电子显微镜专家】在高分辨率透射电子显微镜下观察峁故保发现了直径ご铫鬽量级,管壁星石墨结构的多层碳分子,这就是今天被广泛关注的纳米碳管。然而,当时所发现的不是单壁纳米碳管,而是最小层数为亩啾谀擅滋脊堋辏琋和难芯啃∽橥背晒Φ睾铣傻层的纳米碳管【。从某种意义上讲,单壁纳米碳管才是真正意义上的纳米碳管。由于单壁纳米碳管独特的结构,极高的力学性能,独特的电性质和化学稳定性,激起了世界范围内的许多科学家包括物理学家、化学家和材料学家的极大兴趣,掀起一股纳米碳管研究热。近年来,随着纳米碳管制备工艺的突破,其潜在的应用前景日益受到关注,从目前的应用研究现状来看,纳米碳管材料有望在不久的将来首先实现规模性的工业应用。理想的纳米碳管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体,两端通常由半球形的大富勒烯分子封住。片层一般可以从一层到几百层,含有一层的称为单壁纳米碳管,.,。闹本兑话阄笥院筇乇鸩晃榷ǎ岱⑸荩ざ仍蚩纱锛赴倌擅椎郊父通常,墓鼙谑且桓鲋饕S商荚油ü齭杂化同周围三个碳原子键碳键长,接近原子堆垛距离.。由于纳米碳管六角形网格结构会发生管直径的增大,踊谋壤嶂鸾ゼ跣 9艿亩ザ送ǔS晌逶;泛推咴;凡斡微米。图单璧纳米碳管示意图硕宦畚
∽和螺旋角,导电性介于导体和半导体之间K形成半球状的富勒烯分子封闭。单壁纳米碳管的结构参数可以用螺旋向量,来确定,它们的定义如下所述。图所示为一石墨平面,和为二维石墨点阵的单胞