碳纳米管输运性质的研究

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1、北京大学政学者论文集（2001年）碳纳米管输运性质研究碳纳米管输运性质的研究TransportPropertyInvestigationoftheCarbonNanotubes物理系98级向杰摘要：本文简要回顾了纳米碳管的性质与应用，以及纳米碳管输运性质研究的主要方法和成果最新结果。利用自己自行设计的装置，测量对了不同温度下化学气相沉积法(CVD)制备的纯纳米碳管和掺杂纳米碳管在不同温度下的输运性质，进行测量并对结果进行了比较。对分析了实验中出现的主要误差因素进行了分析，并进行了理论模拟，结果与实验相吻合。多层纳米碳管室温下的I-V曲线

2、在低偏压下显示出非线性，验证了CVD法生长的碳管中的电导以散射为主要机制的理论。纳米碳管在温度改变时的电导随温度下降低而下降，呈半导体性。掺杂金属原子后的纳米碳管费米能级降低，从而降低了电导势垒，使得其导电导性能受到了明显的调制。Abstract:Inthisarticle,wemakeabriefreviewofthevariousaspectsofCarboncarbonNanotubesnanotubes(CNTs),bothintheirphysicalpropertiesandtheirprospectiveapplicatio

3、ns,andwereportourrecentexperimentresultsontransportpropertyofCNTs.WeutilizedahomemadeSTMinstrumenttomeasuretheI-VcharacteristicsunderdifferenttemperaturesofpureanddopedCNTssynthesizedviaaCVDmethod.Wedevelopedamodeltosimulatethemainfactorswhichinfluencinginfluencetheaccura

4、cyoftheexperimentsandtheresultsfittheexperimentaldatawell.TheI-Vcurvesarenon-linearforMWCNTsinrelativelylowbias,confirmingthetheoryofdiffusiveconductanceincertainCNTs.Allsamplesbehavedanegativeresistance-temperatureeffect,whichischaracteristicinsemiconductors.DopingofAuat

5、omsinCNTsshiftstheFermibanddownwards,thusreducestheheightofthebarrierheight,resultinginamodulationinnanotube’sthetransportpropertyofthenanotubes.一、引言406北京大学政学者论文集（2001年）碳纳米管输运性质研究纳米碳管自1991年纳米碳管（CarbonNanotube,orCNT）被发现以来S.Iijima,Nature354(1991)56.，纳米碳管在物理学基础研究和实际应用中都显示出很

6、广阔的前景。碳管由于C-C键短而强，结构稳定，没有缺陷的单层碳管具有57Pa的杨氏摸量，而重量只有钢材的六分之一，纳米碳管是目前已知质量比强度最高的材料。碳管的轴向导热率能和可以和金刚石相比相媲美，而金刚石是导热率最高的材料。碳管的尖端具有非常好的场发射性能，理论表明，碳管的场发射性能完全符合制作平面显示器对发射材料的需要，用导电膜上生长的取向纳米碳管数组做成高亮度、超小体积薄平面图像显示器可能只是时间的问题。利用碳管的中空结构来储存氢(H2)分子，有可能成为将来清洁的氢燃料电池能源电池的主要部分T.W.Ebbesen,PhysicsTo

7、day49,nr.6,26-32,1996-C.Dekker,PhysicsToday52,nr.5,22-28,1999.。纳米碳管的电学性质最尤为引人注目的是它的电学性质。根据直径和螺旋度的不同，单层碳管的输运特性可以分成金属性和半导体性两类。理论计算表明，单层金属性碳管中存在有两个导电信道通道（ConductiveChannel），每一个对电导的贡献为一个量子电导G0，而与直径无关。纳米碳管的高的直径/长宽度比(highaspectratio)使得它成为低维材料研究的理想对象。碳管的直径在纳米尺度，单层碳管通常直径为1~2nm，多层

8、管也不过约几十个纳米，。这样小的尺度介于微观原子和宏观固体的尺度之间，属于介观尺度。介观在这一尺度下的纳米碳管能够显示出比较强的量子尺寸限制效应，如库仑阻塞S.J.Tans,M.H.Devor