碳納米管的定向排列及場發(fā)射性質(zhì)研究.pdf

1、碳納米管具有十分獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛。然而碳納米管陣列的大規(guī)模制備和碳納米管的定向排列卻始終是瓶頸，大大限制了碳納米管的應(yīng)用前景。在碳納米管的各種優(yōu)異性能中，碳納米管的場發(fā)射特性尤其引人注目，用于評價(jià)碳納米管陣列場發(fā)射性能優(yōu)劣的重要參數(shù)是場增強(qiáng)因子。影響該參數(shù)的主要因素包括碳納米管陣列密度、長徑比、管尖端結(jié)構(gòu)和尖端電子逸出功等。因此，在理論上弄清電場增強(qiáng)因子與上列因素的具體關(guān)系，有利于提高場發(fā)射性能。 以鐵、鈷作為催化

2、劑，NH3為前驅(qū)體采用化學(xué)氣相沉積法裂解乙烯氣體，合成了純度高、定向排列單壁碳納米管陣列。在用陽極弧等離子體蒸發(fā)內(nèi)含金屬催化劑(Fe、Co、Ni)的石墨棒合成碳納米管的實(shí)驗(yàn)中，陰極棒狀物沉積物中的碳納米管管束基本沿圓柱棒軸線分布。利用強(qiáng)酸氧化法提純粗產(chǎn)物，去除了催化劑粒子、無定形炭及納米炭顆粒等雜質(zhì)，得到了結(jié)構(gòu)缺陷少、準(zhǔn)直、且定向排列的碳納米管管束，并提出碳納米管管束的定向排列是由于弧電場引起的磁致效應(yīng)形成的。同時(shí)還研究了電弧等離子體合

3、成碳納米管的影響因素及生長機(jī)理。 理論計(jì)算了流速梯度場中、電場中、強(qiáng)磁場中碳納米管重新定向排列的機(jī)理。采用在原位聚合過程中反復(fù)機(jī)械拉伸的方法，制備了SWNTs在E-51基體中定向排列并均勻分散復(fù)合材料。SEM、TEM照片以及偏振Raman光譜分析表明SWNTs沿拉伸方向排列且均勻分散，力學(xué)性能測量結(jié)果進(jìn)一步表明復(fù)合材料的表現(xiàn)出顯著的各向異性，且力學(xué)性能沿SWNTs排列方向得到明顯提高。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明機(jī)械拉伸法與流速梯度場中定向排

4、列碳納米管的理論預(yù)測相符。 通過六角排列碳納米管陣列模型研究了碳納米管周圍的電勢分布，得出碳納米管陣列的電場增強(qiáng)因子與管長，管半徑以及碳納米管陣列面密度關(guān)系。場增強(qiáng)因子隨CNTs長徑比的增加而增加，對于長徑比一定的CNTs陣列，對應(yīng)著一個(gè)最佳陣列密度，在此密度上，碳納米管陣列將會獲得最好的場發(fā)射狀態(tài)。在相同的陣列密度下，六角排列CNTs陣列的場發(fā)射性能要優(yōu)于四方排列的CNTs陣列，并計(jì)算得到六角排列CNTs陣列上端面的電勢分布曲