等离子体增强化学气相沉积制备碳素/氧化锌复合材料及其特性的研究

论文摘要

由于碳纳米管(CNTs)和氧化锌纳米材料具有独特的化学稳定性、优异的电学性能,在电子学,物理学,化学,光学和生物医学等领域有着广泛的应用前景。最近,为了改进CNT的光学和场发射性质,通过表面化学修饰,化学气相沉积和气相传输方法,在CNT表面上涂覆ZnO纳米粒子。在这些涂覆过程中,ZnO粒子的平均尺寸和粒子间距是可以控制的,导致了CNTs/ZnO复合材料表面的电子性质改变。一般来说,CNTs/ZnO复合材料具有良好的场发射性质,利用CNTs较少的表面缺陷形成CNTs基复合材料则可以解决因缺陷而导致的石墨晶格传输性质降低的问题。由于CNTs/ZnO材料的场发射性质受结构、形貌等几何因素影响很大,在CNTs表面修饰过程中的几何形状改变是值得关注的。此外,直到现在,大多数提高CNTs/ZnO材料场发射性质的研究都集中在增加ZnO层中的纳米粒子,但是还没有关于ZnO纳米粒子几何因素变化对CNTs场发射性质的影响的报道。另一方面,由于石墨片(GSs)具有独特的电学性能、大的表面积和尖锐的边缘而被作为一种具有高效场发射性能的材料而被关注。一般而言,GSs可以通过化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和单晶石墨机械剥离等方式获得。然而,由于使用现有沉积技术所得到的石墨片一般平行于基底而限制了场增强,因而GSs的场发射性质仍存在问题。本论文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD),通过直接涂覆方法在CNTs上涂覆了ZnO纳米粒子,研究了涂覆时间对CNTs/ZnO复合材料的影响,分析了ZnO纳米粒子尺寸和晶粒间距对CNTs的场发射性质的影响。此外,在本文中,我们利用PECVD,在覆有Ni的ZnO纳米线上制备了锥形GSs,所得到的杂化ZnO/GSs具有优异的场发射性质。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米科技与纳米材料的特性
• 1-1-1 纳米科技
• 1-1-2 纳米材料的特性
• 1.2 碳及其同素异形体
• 1.3 碳纳米管的发现及其结构
• 1.4 碳纳米管的性质
• 1-4-1 碳纳米管的力学性质
• 1-4-2 碳纳米管的电学性质
• 1-4-3 碳纳米管的热学性质
• 1-4-4 碳纳米管的吸附性质
• 1-4-5 碳纳米管的场发射性质
• 1.5 碳纳米管，石墨片的应用和制备
• 1-5-1 碳纳米管的应用
• 1-5-2 碳纳米管的制备
• 1-5-3 石墨片的制备
• 1.6 氧化锌的结构、性质和制备方法
• 1-6-1 氧化锌的结构和性质
• 1-6-2 氧化锌纳米结构的制备方法
• 1.7 碳纳米管/氧化锌纳米结构的研究进展
• 1.8 本论文的主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 碳纳米管/氧化锌纳米复合物制备和表征
• 2.1 PECVD 原理及实验设备
• 2.2 碳纳米管的制备
• 2-2-1 催化剂的制备
• 2-2-2 碳纳米管的制备过程
• 2.3 氧化锌纳米颗粒涂覆碳纳米管
• 2.4 测试仪器及方法
• 2.5 碳纳米管/氧化锌纳米颗粒的表征
• 2-5-1 SEM，TEM 和HRTEM 分析
• 2-5-2 氧化锌纳米粒子尺寸分布
• 本章小结
• 参考文献
• 第三章 碳纳米管/氧化锌纳米复合物的光谱研究
• 3.1 XRD 光谱研究
• 3.2 XPS 光谱研究
• 3.3 Raman 光谱研究
• 3.4 PL 光谱研究
• 3.5 FTIR 光谱研究
• 本章小结
• 参考文献
• 第四章 碳纳米管/氧化锌纳米复合物的场发射研究
• 4.1 金属的场发射理论
• 4.2 半导体的场发射理论
• 4.3 场发射测试系统
• 4.4 碳纳米管/氧化锌纳米颗粒的场发射特性
• 本章小结
• 参考文献
• 第五章 石墨片/氧化锌纳米线复合物制备和特性
• 5.1 制备
• 5.2 表征
• 5.3 光谱研究
• 5.4 场发射特性
• 本章小结
• 参考文献
• 第六章 本文结论
• 博士学位期间发表的论文
• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢