催化裂解环己烷制备碳纳米管阵列的研究

论文摘要

碳纳米管阵列(ACNTs)因其独特的物理、化学、机械、电学等特性,在场发射显示器件、纳米电子器件、储氢、复合材料、化学传感器等方面具有诱人的应用前景。但由于ACNTs的粗收率很低,制备成本较高,所以其应用研究受到了很大的限制。本文采用化学气相沉积(CVD)法制备ACNTs,利用扫描电镜(SEM)表征方法,考察了碳源、反应温度、覆网目数对CVD反应产物形貌的影响。实验结果表明,以环己烷为碳源,在850℃条件下制备的ACNTs产物形貌较为整齐规整,生长准直,取向性良好,厚度均匀,可达约180μm,杂质含量较少,且产量大幅度提高,粗收率首次达到约7%;在750℃下制备的产物中除垂直于基底生长的ACNTs之外,还可观察到似为平行于基底生长的有序阵列,产物中ACNTs厚度约为60μm,粗收率约为1.4%;在700℃条件下,则基本没有沉积产物。在石英片表面包裹一定目数丝网对产物形貌有一定影响,即产物表面的洁净程度以包裹200目丝网得到的ACNTs产物为佳,其表面更稀疏一些,产物的准直性亦更好一些,ACNTs产物厚度约为160nm;包裹10目丝网得到的ACNTs产物的表面次之,未包裹丝网得到的ACNTs产物表面落有较多的细小副产物,后两者的ACNTs产物的取向性差别不明显,ACNTs产物的厚度亦相差不大,均约为180nm。HRTEM表征结果表明,以环己烷为碳源,在850℃条件下制备的ACNTs产物中的CNTs的外径约为20~100nm,内径约为10nm左右,一些CNTs管腔中填充有过渡金属催化剂。本文的研究结果对于推动ACNTs的应用研究,尤其是CNTs场发射显示器件的研制,具有重要的实际意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 碳纳米管简介
• 1.2 碳纳米管制备方法
• 1.2.1 电弧放电法
• 1.2.2 激光蒸发法
• 1.2.3 化学气相沉积法（CVD）
• 1.3 碳纳米管阵列简介
• 1.4 碳纳米管阵列的制备方法
• 1.4.1 物理方法
• 1.4.2 化学方法
• 1.5 碳纳米管阵列的生长机理
• 1.6 碳纳米管阵列的应用
• 1.7 存在的问题及发展方向
• 1.8 本课题研究内容及意义
• 第二章 实验
• 2.1 实验试剂
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 配置反应溶液
• 2.3.2 催化裂解反应
• 2.4 反应产物表征
• 2.4.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.4.2 高分辨透射电子显微镜（HRTEM）
• 第三章 碳源对CVD反应产物形貌的影响
• 3.1 碳源对放置于相同位置石英片上产物形貌的影响
• 3.2 碳源对放置于不同位置放置的石英片上产物形貌的影响
• 3.3 碳源对硅片上产物形貌的影响
• 3.4 碳源对反应管相同部位内壁产物形貌的影响
• 3.5 石英反应管内壁不同区域产物形貌的比较
• 3.6 HRTEM表征结果与讨论
• 3.7 本章小结
• 第四章 反应温度对CVD反应产物形貌的影响
• 4.1 反应温度对石英片上产物形貌的影响
• 4.2 反应温度对硅片上产物形貌的影响
• 4.3 反应温度对反应管相同部位内壁产物形貌的影响
• 4.4 石英反应管内壁不同区域产物形貌的比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 覆网目数对CVD反应产物的影响
• 5.1 SEM表征结果与讨论
• 5.2 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 参加科研情况说明
• 附录1：英文缩写符号的全称及中文对照表
• 附录2：加热炉温度分布图
• 附录3：CVD反应产物表面副产物的SEM照片
• 致谢