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1、黎业生等:氧气与水对碳纳米管纤维电子特性的影响０３０３７文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１５)０３Ｇ０３０３７Ｇ０４∗氧气与水对碳纳米管纤维电子特性的影响黎业生,张伟波,赵曼,陈德明,吴子平(江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州３４１０００)[１２Ｇ１７][１８Ｇ２０]摘要:由于碳纳米管特殊的中空结构及高的比表法制备合成.通过碳纳米管纺丝技术,将反面积,其对气体与液体的吸附有极大的先天优势.研应管口生成的碳纳米管宏观管状连续体纺成一定直究了不同环境下碳纳米管纤维对氧气与水分的吸附与径、无限长碳纳米管纤维.该碳纳
2、米管纤维具有较强解吸过程中其电子特性变化.电弧实验表明,碳纳米的柔韧性,可任意剪切与弯曲.裁剪后纤维的直径为管纤维在较低电压(≤３０V)与相应电流下(＜２A)可１mm,长度为６５mm,其宏观形貌如图１(a)所示.以产生强烈电弧,同时局部产生高温;高温易使纤维对图１(b)所示为碳纳米管纤维经分散、纯化后碳纳米管氧气产生解吸,从而引起纤维电阻增大.室温条件下透射电子显微镜(TEM)下形貌,图中整齐排列的碳纳碳纳米管纤维对空气中水分子的吸附较对氧分子要米管管束具有光滑的表面,管壁也清晰可见,显示其较强,水分子吸附增加了其表
3、面羟基基团,使得其内部空好的石墨化程度.穴数量减少,导电性降低,纤维电阻增大.关键词:碳纳米管纤维;氧气;水分;电子特性中图分类号:TB３４文献标识码:ADOI:１０．３９６９/ji．ssn．１００１Ｇ９７３１．２０１５．０３．００７１引言自１９９１年日本物理学家饭岛澄男发现碳纳米管[１]以来,碳纳米管的各种性质被人们所关注.碳纳米管巨大的比表面积特性,使其在吸附性能方面有着重要的研究价值.国内外报道了很多有关碳纳米管吸附的研究.如单壁碳纳米管对NO２、NH３的气敏性研[２]究,多壁碳纳米管对NO２、H２、NH３的气
4、敏性研[３Ｇ５]究;WeiChen等研究了碳纳米管对多环芳烃、无机离子以及对水中氟离子和重金属离子Pb２＋的吸附[６];裘凯栋研究了碳纳米管对水溶液中六价铬的吸附净[７]化;曾伟欢采用几种不同的来源的碳纳米管进行了[８]铅离子的吸附实验.碳纳米管在制备及性能研究过程中,较难避免不图１碳纳米管宏观纤维和碳纳米管的TEM照片暴露于空气中,而碳纳米管的电子特性不仅与其本身[９]Fig１CNTsmacroＧfiberandTEMimageofCNTs的直径和空间螺旋特性有关,空气中氧气和水分子－１的范围[１０Ｇ１１]图２所示
5、为低波频段波数在０~３００cm也会影响其电学性质.本文用碳纳米管纤维在较内碳纳米管纤维的拉曼光谱表征.从图２可看出,在低电压(≤３０V)与电流(＜２A)下产生电弧,引起局部－１频段内出现了４９．１,５３．５和６１．１cm－１０~３００cm升温的特性,以空气中氧气和水分子为吸附质,碳纳米３个振动峰,根据公式管纤维为吸附剂,探究不同条件下空气中氧气和水分２２３．８子对碳纳米管纤维电子输运特性的影响.d＝ω２实验式中,d为碳纳米管的直径,nm;ω为碳纳米管环呼吸振动峰的波数,cm－１;可得出碳纳米管纤维主要由直２．１碳纳米
6、管宏观纤维的制备及形貌特征径为３．６６~４．５６nm的单壁和双壁碳纳米管组成.碳纳米管宏观纤维采用催化裂解的化学气相沉积∗基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１２０２０９５)收到初稿日期:２０１４Ｇ０５Ｇ１４收到修改稿日期:２０１４Ｇ１１Ｇ０７通讯作者:黎业生,EＧmail:liyesheng＠sohu．com作者简介:黎业生(１９６６－),男,江西南康人,硕士,教授,从事碳纳米管性质研究.０３０３８２０１５年第３期(４６)卷由于碳纳米管纤维在高温状态下容易被空气中的氧气所氧化,故图３所示的电弧实验在手套箱里发[２
7、１]生.碳纳米管纤维由于特殊的一维纳米结构,使其可以在相同电压和电流下比其它电弧材料放出更多的热,同时奠定了碳纳米管纤维未来在电弧研究方面广泛应用的基础.图２中纤维产生电弧的同时伴随有大量光和热的释放.金属铁电极在瞬间被释放出的热熔化为小铁球(熔融状态下的铁遇到温度较低的保护气图２碳纳米管纤维的拉曼光谱体时,迅速冷凝成小铁球).由于纤维始终处于手套箱Fig２RamanspectroscopyofCNTs中的保护气氛中,实验前后碳纳米管纤维表面没有被２．２实验流程氧化,电弧产生过程中渗入或是包覆在碳纳米管纤维选取实验所
8、需碳纳米管纤维,并给其编号１Ｇ８,用表面的铁颗粒很少,对纤维电阻的影响可以忽略不计.万用表分别测量其在不同条件下电阻值.为减少接触电阻造成的影响,采用铜箔包裹纤维触头后再测量其电阻.在空气中纤维电阻测量值记为R０.将碳纳米管纤维样品、直流稳压电源和其它实验材料依次放入真空手套箱里,密闭后抽真空,直到手套箱里压强＜０．０１MPa;接着以一定的速率
