阵列式碳纳米管膜的CVD法制备工艺及应用研究

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1、摘要摘要碳纳米管独特的结构使其在力学、电学、导热材料、微波吸收等领域表现出了优异的性能，自1991年被发现以来，各国的科学家做了大量的研究工作，为碳纳米管的应用奠定了一定的基础。本文采用化学气相沉积法制备阵列式碳纳米管，系统地在工业化学气相沉积炉中研究了二茂铁／--甲苯比例、反应温度、沉积时间、保护气体(氩气)流量等制备工艺对阵列式碳纳米管膜质量的影响。研究发现，阵列式碳纳米管膜层的整体膜厚和层数随沉积温度的升高而增加，沉积温度高于900℃即不能生长出碳纳米管；沉积温度升高还导致了碳纳米管管径变细，单位面积内管体数量增多，细径碳纳米管的相互缠绕也更严重；二茂铁的含量增加时，管身和细管径缠

2、绕处的杂质颗粒增多；氩气流量较大时，碳纳米管管身易附着有较多的杂质颗粒；沉积时间增加，阵列式碳纳米管膜层数的增多，导致整体膜厚也有所增加。针对对不同制备参数得到的阵列式碳纳米管膜，进行了场发射特性测试与分析。结果表明，碳纳米管膜的开启和阈值场强随沉积温度的升高而降低；二茂铁含量增加时碳纳米管膜的开启场强降低，阈值场强却有所增大。经过场发射以后，碳纳米管膜上的杂质有所减少，说明场发射具有清洁碳纳米管膜的效果。采用HCl处理和细砂纸研磨碳纳米管膜，发现这两种方法均可以使碳纳米管膜上的杂质减少，经处理后碳纳米管膜场发射电流的波动性也随之降低。最后，研究阵列式碳纳米管膜的基底转移工艺，且进行了不

3、同基底上(石英、铜、锡等)碳纳米管膜的场发射性能测试。研究发现，将石英基底碳纳米管膜转移至铝箔时，施加的压力过大会导致碳纳米管的倒伏。在膜转移前加热预处理铜箔，可以去除部分黏胶和绝缘物质，转移至预处理后的铜箔上后，碳纳米管与铜基底之间的导电性能得到了很大的改善，原碳纳米管膜的场发射性能得到了充分的保持。锡基底碳纳米管膜的场发射性能最为优良，但因碳纳米管膜和锡的结合不够牢固而造成碳纳米管膜脱落，故使用时需要特别注意。采用锡焊方法转移至铜基底工艺存在碳纳米管只是零散分布于铜箔上的缺陷，致其场发射性能不理想。关键词：阵列碳纳米管；化学气相沉积：制备工艺；场发射；膜转移ABSTRACTSince

4、1991，theoutstandingpropertiesofcarbonnanotubesinareassuchasmechanics，electrics，heatconductivematerial，andmicrowaveabsorptionbecauseoft11eiruniquestructurehavebeenfound．scientistsfrommanycountriesoverworlddidalotofresearchestolaythefoundationoftheapplicationofthem．Thisdissertationsystematicallyres

5、earchestheinfluencesoftheratioofferrocenetoxylene，reactiontemperature，depositiontime，thefluxofprotectiongas(argonsweepgas)，andotherexperimentparametersonthequalityofalignedcarbonnanotubesgrownusingCVDmethod．Theresultsshowthatthethicknessofalignedcarbonnanotubes’layerincreases谢tlltherisingoftemper

6、ature，andthecarbonnanotubesstop‘growingatover900℃．Theincreaseofdepositiontemperatureresultsinthediminutionofthecarbonnanotubesradius，theraiseofdensityofnanotubesinunitarea,andentanglementofcarbonnanotubes、析tllthinradiusbecomesevere．Whenferroceneincreases．theimpurityontheintertwistpositionbetweenn

7、anotubesandtheCNTsamount、析tllthinradiusalsoincreases．Morerapidlydoesargonflow,themoretheimpuritiesonthesurfaceofCNTs．Whendepositiontimerises，thenumberoflayersofthealignedarrayCNTsandthethicknessoftheeverylayerbothincre