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《碳纳米管有序排列的研究进展_碳纳米管的多维排列》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、!80!高分子通报2010年10月知识介绍碳纳米管有序排列的研究进展碳纳米管的多维排列111,2*刘阔,区珊,沈青(1东华大学高分子材料与工程系;2东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海200051)摘要:综述了近年来制备碳纳米管的有序排列的情况,第一部分主要概括碳纳米管的多维排列,第二部分包括:(1)碳纳米管的一维排列;(2)有序排列碳纳米管的表征技术;(3)有序排列碳纳米管的应用。关键词:有序排列;碳纳米管;多维[1][2]碳纳米管的历史可以追溯至1976年,到了
2、1985年Kroto、Smalley、Curl和他们的同事发现了富勒烯,人们才逐渐意识到它的重要性。所谓有序排列碳纳米管就是取向基本一致,比较少缠绕的碳纳米管。由于有序排列碳纳米管取向基本一致,碳纳米管可以充分发挥优异的沿轴向电荷传输性能和导热性能,使得它具有更为广阔的应用领域。因此,探索碳纳米管的生长取向,制备有序排列碳纳米管是当前的研究热点之一。为了更好地发挥有序排列碳纳米管的作用,本文总结了制备形状、位置、方向可控多维及一维排列碳纳米管的制备方法。1碳纳米管的多维有序排列11碳纳米管的多维垂直排列
3、近年来,多维垂直排列碳纳米管的制备取得了很大的进展,在众多方法中,化学气相沉积法(CVD)占着主导地位。另外,也有研究人员通过磁场和电场等方法成功制备了多维排列的碳纳米管。[3]Ago等用钴纳米颗粒通过乙炔化学气相沉积方法制备了有序排列多壁碳纳米管,其中钴纳米颗粒[4]作为催化剂位于硅基片底部。Hata等报道了合成高密度有序排列单壁碳纳米管的化学气相沉积法,这个方法很有创意,他们通过控制水蒸气的量来增强催化剂的活性并延长其催化时间。此外,Maruyama[5]的研究小组发表了一系列论文,文章论述了利用乙醇CV
4、D技术来制备垂直排列的碳纳米管。[6]宋海燕等在低压条件下通过酞菁铁高温裂解法,在800-1000的条件下,制备了垂直于石英基片生长的碳纳米管,所得的碳纳米管长为20m,管径40~70nm,并且呈现节竹状结构。此外,该法制备-1-1的碳纳米管具有优良的场发射性能:开启电压仅为067V!m,阀值电压为25V!m。[7]韩道丽等采用无模板化学气相沉积法,以二茂铁和二甲苯为催化剂和碳源,使用单温炉设备成功地制备了高度定向碳纳米管阵列。通过实验,他们得出结论:温度为800,催化剂浓度为002g/mL时,在
5、抛光的硅片基上最容易得到优质的高度定向碳纳米管阵列,而且碳纳米管的平均生长速率高达25m/min。热CVD大多要在基片上沉积金属催化剂颗粒,然后实现碳纳米管阵列的生长,但是基片的预处理会增加制备工艺的复杂性和成本,后来经过改进,基片已经不需要预处理,但是仍然使用双温炉设备。韩道丽的实验改进了热CVD工艺,不仅不需要对基片进行预处理,而且改用单温炉的加工设备,这简化了有序排列碳纳米管的制备工艺。[8]鲍桥梁等在Cu基片上通过脉冲电沉积Ni纳米经薄膜作为催化剂,成功地在乙醇火焰中制备了大基金项目:高等学校学科创
6、新引智计划资助(No.111204);作者简介:刘阔(1989-),男,东华大学高分子材料与工程本科生;*通讯联系人,sqing@dhu.edu.cn.第10期高分子通报!81!面积、密集、均匀、直立的碳纳米管阵列。合成这种碳纳米管阵列的最佳条件是:脉冲电沉积正负脉冲的工作频率为154Hz,占空比为385%,电沉积时间为1min,基片预热到600,火焰中停留时间为1min。由于火焰的不稳定性和温度场的不均匀性,在火焰中高效制备大面积、均匀直立的碳纳米管阵列是一个十分挑战的课题,而且很多
7、方法制备出的碳纳米管阵列都有缠绕。鲍桥梁等通过优化脉冲电沉积工艺参数,制备了大面积、密集、无缠绕、形态良好、重复性高、均匀的碳纳米管阵列,获得的无缠绕的碳纳米管阵列对于进一步组装碳纳米管器件具有非常重要的意义。[9]樊志琴等通过等离子体CVD法分别在镍膜和不锈钢基片上制备碳纳米管薄膜,并得出以下结论:一定条件下,可以在镍膜上沉积得到垂直于基片的定向碳纳米管,在不锈钢基片上得到的碳纳米管薄膜是无序的。通过他们的研究和分析可以知道,基片的种类对定向碳纳米管的制备起着关键的作用。基片是影响碳纳米管有序排列的关键因素
8、之一,樊志琴的研究对于连续化、低成本生产具有优越的场发射性能的高纯度有序排列碳纳米管有着重要的意义。[10,11]Ren等在涂有镍的玻璃抛光聚晶和单晶镍基片上制备了排列整齐的碳纳米管阵列。在该实验中,他们利用了乙炔电浆辅助和热丝化学气相沉积,并用氨氮做催化剂和稀释气体。最近,他们利用等离5282[12]子热丝化学气相沉积法合成的密度可被控制的有序碳米管,其密度从10/cm到10/cm变化不等。如图1
