使用透射电镜进行碳纳米管精细结构的研究
碳纳米管团聚结构的电镜研究
管交织连接在一起 。对图 3a 中一次团聚体中心的 黑色部位进行能谱分析 ,发现其中含有 Fe 、Al 、O 元 素 。制备 1 # 碳纳米管样品所用的催化剂为纳米级 Fe2Al2O3 ,由于它们具有大的比表面积 ,表面活性使 得它们很容易团聚在一起从而形成带有若干弱连接 界面的尺寸较大的团聚体 ,从而减小体系的总表面 能或界面能 。总能量的减小有利于纳米粒子达到稳 定状态 。一次团聚体中心含有催化剂元素 ,证明碳 纳米管一次团聚体的形成是以催化剂团聚体为中心 的。
管团聚体的团聚结构 、分散形态及微观结构 。研究表明 ,纳米聚团床催化裂解法制备的碳纳米管具有多级团聚结
构 ,范德华力及缠绕作用共同造成了多级团聚体的形成 。细长的碳纳米管分散困难 ,易絮凝 ;短小弯曲的碳纳米管
易于分散 。
关键词 : 碳纳米管 ;团聚结构
中图分类号 : TQ127. 1 ;O766. 1 文献标识码 : A
及工艺条件的控制 ,可获得纯度较高 、尺寸分布较均 的形式稳定流化 ,否则由于其终端速度小 ,很容易被
匀的碳纳米管产品 。因此催化裂解法是一种实用化 气流带出反应器 。研究碳纳米管的团聚结构对于认
的制备技术 。
识并解释其流化行为具有重要作用 。然而从碳纳米
பைடு நூலகம்
迄今为止 ,催化裂解法制备碳纳米管的研究已 管应用角度来看 ,形成团聚体往往是不利的 ,一方面
图 3b 显示在 2 # 样品分散液中已经有很多处于 单分散的弯曲小碳管 ,证明在相同条件下 2 # 样品的
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虽然电弧法和激光烧蚀法制得的碳纳米管石墨化程度较高产品缺陷少但是碳纳米管产品通常与其它形态的碳产物如纳米碳颗粒无定形碳等共存分离纯化困难致使碳纳米管产品收率较低而且这两种方法均难以实现低成本规模化生产
关于碳纳米管的研究报告进展综述
关于碳纳米管的研究进展1、前言1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。
这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。
之后,人们相继发现并分离出C70、C76、C78、C84等。
1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。
年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。
1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。
1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。
1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。
1999年,国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。
2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。
2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。
2、碳纳米管的制备方法获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。
而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。
因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。
目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。
一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。
扫描电镜和透射电镜在聚合物研究中的分析
碳纳米管/聚合物复合材料制备方法
原位聚合法 溶液复合法 熔体复合法
原位聚合法
Polyetherimide / CNT (1 wt%) composite prepared by in-situ polymerization.
Liu T.X., Tong Y.J., Zhang W.D. Compos. Sci. Technol. 2007, 67(3-4), 406-412.
Preparation and Mechanical Properties of Chitosan/Carbon Nanotubes Composites
Shao-Feng Wang, Lu Shen, Wei-De Zhang, and Yue-Jin Tong Biomacromolecules 2006, 7, 1280-1284
在聚合物纳米复合材料研究中的应用
在聚合物/clay纳米复合材料研究中的应用
在聚合物/Carbon nanotubes纳米复合材料研 究中的应用
History
1991年，日本电子公司（NEC） 的饭岛澄男博士在用电子显微镜观 察石墨电极直流放电的产物时，发 现一种新的碳结构——碳纳米管 （Carbon Nanotubes, CNTs）， 自此开辟了碳科学发展的新篇章， 也把人们带入了纳米科技的新时代。
Nylon 6 (PA6)
SEM showing homogeneous dispersion of MWNTs (1 wt%) throughout PA6 matrix
Zhang W. D., Shen L., Phang I. Y., Liu T. X. Macromolecules 2004, 37, 256-259.
碳纳米管的表征方法
碳纳米管的表征方法一、概述碳纳米管具有结构独特、性能优良的特点，在材料科学、纳米技术等领域具有广泛的应用前景。
为了充分了解碳纳米管的结构和性质，需要对其进行表征。
本文将详细介绍碳纳米管的表征方法及其原理。
二、扫描电子显微镜（SEM）SEM是一种常用的表征手段，它通过扫描样品表面并通过检测来自样品的二次电子信号或反射电子信号来获得样品的表面形貌和成分信息。
具体的操作步骤如下：1.准备样品并进行金属镀膜。
2.将样品放置在SEM样品台上并调节焦距和对比度。
3.开启电子束并进行聚焦，调整工作距离。
4.调节探针电流和扫描速度，获得高质量的图像。
三、透射电子显微镜（TEM）TEM是一种用透射电子进行成像的显微镜，可以对碳纳米管的形貌和结构进行高分辨率的观察。
其操作步骤如下：1.制备薄片样品，并使用特殊的显微切刀切割成适当大小。
2.将样品放置在TEM台上并将其真空抽取至高真空状态。
3.调整TEM的电子束束团直径和聚焦度，使其尽可能细小。
4.调节对比度和亮度以获取高质量的TEM图像。
四、拉曼光谱拉曼光谱是一种通过激光照射样品并测量散射光的频率变化来分析样品的结构和性质的方法。
对于碳纳米管的拉曼光谱的表征，可以从高频G带和低频D带等方面进行分析。
具体步骤如下：1.准备样品，并将其放置在拉曼光谱仪台上。
2.设置激光器的波长和功率。
3.收集样品的拉曼光谱数据，并记录下G带和D带的位置和强度。
4.对光谱数据进行分析，如计算带宽、强度比等指标，以了解样品的结构和纯度。
五、X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种用于确定晶体结构的分析方法。
通过照射样品，测量并分析样品散射的X射线衍射图谱，可以获得样品的晶体结构信息。
对碳纳米管的表征，可以从衍射峰的位置、强度和宽度等方面进行分析。
具体步骤如下：1.准备样品，将其放置在X射线衍射仪台上，并调整适当的角度。
2.调整X射线的波长和强度。
3.进行衍射扫描，并记录下衍射图谱。
4.根据峰的位置、强度和宽度等指标，对样品进行定性和定量分析。
碳纳米管材料的制备与表征
碳纳米管材料的制备与表征碳纳米管(Carbon Nanotube)是一种新型纳米材料，具有独特的物理和化学性质，是当今世界材料科学领域的热点之一。
碳纳米管的制备与表征是研究碳纳米管的基础，下面本文将从制备和表征两个方面来探讨碳纳米管材料的制备与表征。
一、碳纳米管的制备碳纳米管主要有几种制备方法：1.电弧放电法电弧放电法是最早用于制备碳纳米管的方法之一。
电弧放电法首先需要准备一种碳源和一种催化剂，然后将它们放置在高真空下进行放电。
当电弧弧光放出后，由于碳源的高温沸腾和冷凝，就能制备出含有碳纳米管的固体物质。
2.化学气相沉积法(CVD)化学气相沉积法是制备碳纳米管最为普遍的方法之一。
该方法是将一种碳源以及气体、金属等物质混合后喷入反应室中进行高温热解合成。
通过其反应机理可获得中等和高档数的纳米结构。
同时优点在于微加工结构的控制性能好、可空间成绩量化品质。
3.化学还原法化学还原法是一种化学制备碳纳米管的方法。
该方法首先将碳源氧化并使其成为一种有机盐，然后在存在催化剂的条件下进行还原。
该方法不仅能制备单壁碳纳米管，还能制备复合结构的碳纳米管，同时简单易行，操作灵活，成本低廉。
4.物理气相沉积法(PVD)物理气相沉积法是通过在真空环境下利用物理手段制备碳纳米管的方法。
该方法的主要特点是制备出的碳纳米管质量较高、形貌优美，但是其制备成本较高、操作难度大。
二、碳纳米管的表征1.扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜(SEM)是一种广泛应用于材料表征的手段，能够通过扫描材料表面来获得高质量、高解像度的表面信息。
在碳纳米管的表征中，SEM能够对碳纳米管的形状、大小、长度、导电性等方面进行定性和定量分析。
2.透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜(TEM)是一种非常有用的工具，可以用于探究碳纳米管的微观结构和试验性质。
透射电子显微镜在分析碳纳米管的时候能够实时捕捉样品的图像并显示出来。
通过获得的正面显微镜和侧面显微镜图像，可以进一步确定碳纳米管的壁厚、管长、管直径等。
纳米材料的透射电镜研究
纳米材料的透射电镜研究纳米材料的透射电镜研究纳米材料的透射电镜研究是一种非常重要的技术，可以帮助科学家们深入了解纳米尺度下物质的结构和性质。
下面将按照步骤来介绍纳米材料透射电镜研究的过程。
第一步：样品的制备进行透射电镜研究之前，首先需要制备纳米材料样品。
这个过程通常包括合成纳米颗粒或薄膜，然后使用特定的方法将其转移到透射电镜网格上。
样品的制备过程需要精确的控制，以确保样品的质量和可重复性。
第二步：透射电镜的选择选择适合研究的透射电镜是非常关键的。
透射电镜通常分为传统透射电镜（TEM）和扫描透射电镜（STEM）。
TEM适用于高分辨率成像和晶体学研究，而STEM则可用于在纳米尺度下进行元素分析和局部化学成像。
第三步：样品的加载将制备好的样品加载到透射电镜中是一个需要小心操作的步骤。
样品通常被放置在透射电镜网格上，然后通过机械手或特殊夹具将其插入透射电镜的样品室中。
确保样品的位置正确，并且没有过多的振动或移动是非常关键的，以避免影响成像质量。
第四步：调整仪器参数在进行纳米材料透射电镜研究之前，需要调整仪器的参数。
这包括电镜的对准、聚焦、透射电镜的滤波器和衍射器的选择等。
通过优化这些参数，可以获得清晰的图像和准确的数据。
第五步：成像和分析调整好仪器参数后，可以开始进行成像和分析。
通过透射电镜，可以观察纳米材料的微观结构，包括晶体结构、晶格缺陷和界面性质等。
此外，还可以利用透射电镜进行元素分析，通过能量散射谱（EDS）或电子能量损失谱（EELS）来确定样品中元素的组成和化学环境。
第六步：数据处理和解读在获得成像和分析数据后，需要进行数据处理和解读。
这包括对图像进行处理，如去噪、背景校正和增强对比度等。
然后，利用相关的理论和模型，对数据进行解释和分析，以获取关于纳米材料结构和性质的更深入理解。
纳米材料的透射电镜研究是一项复杂而精密的工作，需要科学家们具备专业的知识和技能。
通过这种研究方法，我们可以深入了解纳米尺度下物质的行为，为纳米材料在能源、材料科学、生物医学等领域的应用提供更多的理论和实验依据。
使用透射电镜进行碳纳米管精细结构的研究
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ （ ＣＮＴｓ ） ；ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ （ ＴＥＭ ） ； ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｄ ｉ ｓ — ｐ ｅ ｒ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｘ－ ｒ ａ ｙ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ （ ＥＤＳ）
自１ ９ ９ １年 ， Ｉ ｉ ｊ ｉ ｍａ在 Ｎａ ｔ ｕ ｒ ｅ上 发 表 第 一 篇 有 关 碳纳 米管 的论 文 ［ １ 至今 ， 因碳 纳 米 管 优 异 的 物 理 化 学性 能 ， 吸 引 着 科 技 界 广 泛 的研 究 与应 用 兴 趣 。 碳 纳米 管是 一种 特殊 的纳 米 材 料 ， 是 单 层 或 多层 石
ｂ ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｗａ ｌ ｌ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ）ａ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ — ｔ ｒ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｇ ｙ（ ＴＥＭ ）ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｄ ｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｘ— ｒ ａ ｙ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ（ ＥＤＳ ）ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｗｏ ｒ ｋ ．Ｗ ｅ ｓ ｙ ｓ —
ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ＴＥＭ ａ ｎ ｄ ＥＤＳ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｆ ｉ ｎ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ —
纳米结构的表征和物理分析
纳米结构的表征和物理分析纳米材料的制备发展至今已经有了一定的成熟性，但是如何对纳米结构进行表征和物理分析却成为了当前研究中的一个重点和难点。
本文将介绍几种常见的纳米结构表征手段和物理分析方法，希望对纳米研究领域的同行们有所启示。
一、透射电镜透射电镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）是一种常见的纳米结构表征手段，它能够直接观察样品内部的微观结构。
这种技术是通过电子学原理实现的，将一束电子束通过样品，其中由于电子的波长非常短，能够穿透纳米材料并被屏幕记录下来，这样就可以对样品的微观结构进行观察和分析。
二、扫描电子显微镜扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）具有高分辨率、宽视野、高辐射稳定性等特点，常被用于纳米材料的表面形貌、粒径大小、分布规律的表征。
在SEM中，电子束被聚焦成一个非常小的点，它会在样品表面扫描，并逆反射回来。
通过对反射电子的探测，可以获得样品表面形貌信息。
三、X射线衍射X射线衍射（X-Ray Diffraction，XRD）是一种常见的物理分析手段，它基于光学原理，通过探测样品对X射线的反射或散射来研究纳米材料的晶格结构、晶粒大小、物相组成等。
XRD仪器通常将X射线束定向照射样品，在样品的晶格周期性排布的规律下，经过反射后，能够在检测器上形成一系列强度特异的衍射峰，这些衍射峰可以反映出样品的晶体结构。
四、原子力显微镜原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）是一种常见的纳米结构表征手段，它基于原子力的测量，可以获取材料表面的自然形貌、粗糙度、分子结构、磁性质等信息。
AFM通过在样品表面扫描一个非常尖锐的“探针”，通过测量探针表面受到的原子力变化，可以得到样品表面的形貌和微观结构。
五、拉曼光谱拉曼光谱是一种常见的物理分析手段，它通过分析样品对激光激发后的散射光，来研究纳米材料的晶体结构、结构特征、化学键特征等。
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使用透射电镜进行碳纳米管精细结构的研究常怀秋;朴玲钰【摘要】The fine structure and elements composition of carbon nanotubes (single-wall carbon nanotubes and multi-wall carbon nanotubes) are studied and estimated by transmission electron microscogy (TEM) and energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) in this work. We systematically investigated the morphology and fine structures of carbon nanotubes with TEM. The results indicate that TEM and EDS can be used in characterization of fine structures and composition analysis of carbon nanotubes.%应用透射电镜(TEM)及其配置的X射线能量散射谱(EDS)研究了碳纳米管(单壁管和多壁管)的精细结构及元素成分,针对几种有代表性的碳纳米管进行了系统地精细结构分析.结果表明,透射电镜结合X射线能量散射谱在碳纳米管精细结构的表征及成分确认方面具有非常重要、不可替代的作用.【期刊名称】《分析仪器》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】4页(P45-48)【关键词】碳纳米管;透射电镜;X射线能量散射谱【作者】常怀秋;朴玲钰【作者单位】国家纳米科学中心,北京100190【正文语种】中文自1991年，Iijima在Nature上发表第一篇有关碳纳米管的论文［1］至今，因碳纳米管优异的物理化学性能，吸引着科技界广泛的研究与应用兴趣。
碳纳米管是一种特殊的纳米材料，是单层或多层石墨片沿轴向卷曲而成的无缝管。
根据管壁层数的不同，可分为多壁（管壁由2层到数十层组成）和单壁（由单层碳原子组成）纳米碳管［2］。
单壁碳纳米管直径分布在0.7nm～2nm间，多壁碳纳米管直径从几纳米到几十纳米不等。
碳纳米管长度可以从几微米到上百微米，甚至毫米。
因制备方法不同，碳纳米管杂质含量与类型也随之变化。
目前，表征碳纳米管的形貌、结构与性质的工具主要包括透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、扫描探针显微镜（STM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、拉曼光谱（Raman光谱）等。
其中，TEM在碳纳米管的表征中具有不可替代的重要作用［3］。
利用TEM能够准确地获得碳纳米管的类型和精细结构，能够帮助确认不同方法、不同条件下获得的碳纳米管的生长机理。
同时，通过X射线能量散射谱（EDS）附件还可以对其元素构成进行分析。
本实验通过对碳纳米管（包括单壁管和多壁管）进行TEM 和EDS表征，系统研究了几种典型碳纳米管的精细结构和元素组成。
1 实验方法将碳纳米管在马福炉中350℃煅烧3h后通过1∶1的水与无水乙醇分散，超声5min，将分散好的样品滴在微栅铜网上，室温干燥。
也可以将煅烧后的碳纳米管样品直接撒在微栅铜网上，滴加异丙醇，干燥后使用。
后者制得的样品通过毛细管力可直接压在铜网上，但可能由于样品太厚无法进行高分辨观察。
实验使用的TEM为配有EDS的Tec－nai G2 20S－TWIN透射电镜，可进行高分辨电子显微镜观察，高压200kV，灯丝为LaB6。
2 结果与讨论2.1 微观形貌对碳纳米管样品表征时，首先使用从1000倍到200000倍的低放大倍率。
其中的杂质，例如催化剂、碳颗粒、无定型碳和碳纤维在50000倍到120000倍均能观察到［4］。
在低倍率下可以对样品整体情况进行快速判断，样品为单壁碳纳米管还是多壁碳纳米管；碳纳米管的分布情况，是束状还是单分散；碳纳米管上有无杂质等等。
图1为单壁碳纳米管（图1a、b）和多壁碳纳米管（图1c）的低倍形貌像。
由于单壁碳纳米管之间强的范德华力（～500eV/μm）和大的长径比（＞1000），使单壁碳纳米管通常形成由多根管构成的管束，难以分散，鲜见单根分散的单壁碳纳米管，如图1a所示。
由图1b可见，单壁碳纳米管中留有碳颗粒杂质，这些颗粒在煅烧后仍存在，因此可能是已经石墨化后的碳颗粒。
图1c为多壁碳纳米管的低倍TEM照片，管径较大的多壁管在低倍下非常清晰，直径分布在10nm～30nm，中空明显，管径较光滑。
图1 碳纳米管的低倍TEM图2.2 精细结构透射电镜对碳纳米管的表征优势在于高倍率下对其精细结构的确认［4］。
高倍率观察（放大倍率高于200000倍），可以进一步确定碳纳米管的形态，是单壁管还是多壁管，及管壁的缺陷、层数及其它精细结构［5］。
通过透射电镜得到的碳纳米管精细结构，将有助于推测碳纳米管的生长过程，配合其它表征工具，如Raman光谱等，对生长机理进行分析。
图2a为典型的单壁碳纳米管的透射电镜高分辨像，放大倍率在350000倍。
从该高分辨像中可以看到单壁碳纳米管的表面缺陷，箭头所指处有另外一个碳层存在，可能是石墨化碎片吸附在碳管管壁上。
图2b－图2f为几种典型多壁碳纳米管的精细结构高分辨像，除图2d的放大倍率为400000倍，其它均为350000倍。
多壁碳纳米管精细结构的不同，主要是由于生长机理和生长条件不同所造成的。
如图2b为常见的直形多壁管结构的高分辨透射电镜像（右上角为直形管低倍TEM图），即形成碳管的石墨面沿管轴方向卷曲［6］。
由于在制备过程中，碳纳米管生长条件的细微变化，如气流量或温度的波动，导致沿管生长方向上下管径不均。
图2c为线圈形多壁碳管折角处精细结构的透射电镜高分辨像（右上角为线圈形管低倍TEM图）。
理论上，线圈形碳管的基本结构单元仍为短而直的碳管，而相邻直管单元有一定折角，折角处管壁不是石墨的六角面，而是成对的五边形与七边形，因此线圈碳管是折线弯曲而不是平滑弯曲［7］，图2c充分证明了这种理论。
碳管折角的出现可能是由于催化剂颗粒表面形状的不均匀造成催化效果的不平均，使碳管的生长沿圆周速率不同，并且向低速率的一处发生周期性弯曲。
图2 碳纳米管的精细结构目前普遍认为碳纳米管的生长机制分为底部生长和顶部生长两种。
如果催化剂颗粒与基底材料的结合力较弱，碳纳米管生长时把催化剂颗粒顶起，使其跟随碳纳米管的生长一起向上移动，称为顶部生长。
相反，催化剂与基底材料结合力较强，碳纳米管生长过程中催化剂颗粒将始终位于碳纳米管的底部，即为底部生长［3］。
图2d为顶端包含催化剂颗粒的碳纳米管高倍透射像。
可以判定实验使用的碳纳米管为顶部生长所得。
图2e为碳纳米管中无催化剂的顶部封口透射像，可以看出碳纳米管的封口为连续的多边形结构。
大多数碳纳米管的分子模型中，其端口都被认为是理想半球形或圆滑的。
但实际上，由于碳纳米管管身部分有多边形特征，而端口的每一层都是分别与管身部分的碳层相匹配连接，因此端口也必然形成相应的多边形特征，并非完美半球形。
在多壁碳纳米管形成过程中还可能出现如图2f所示的竹节状碳纳米管。
竹节状的碳纳米管管壁由连续的石墨片构成，管内有曲率一致，但长度分布不等、厚度小于管壁的间隔层。
竹节状结构的形成有人认为是由外层向内层逐层生长的［8］，即外层石墨片的生长属于连续过程，内层是由于层间的成核存在时间差而逐渐形成。
也有人认为是最内层碳管生长到一定阶段后封顶，临近的若干层可能继续生长到一定程度后封顶，这样由内而外的逐次封顶而形成竹节状［9］。
2.3 元素分析利用TEM附件EDS，在观察碳纳米管微观形态的同时可以得到它的元素组成。
目前，EDS的质量检测限可以达到0.1%，提高了分析微量元素的准确性。
与配合SEM使用相比，EDS分析在TEM中的应用，由于样品较薄，电压较高（大于100kV），束斑尺寸小，减少了电子束的散射面积，提高了空间分辨率。
例如，在SEM中EDS的最小分析范围在1μm左右，而在TEM中EDS可以分析小到2nm的区域。
因此，TEM中应用EDS更适于对纳米级样品进行准确的微区元素分析，尤其是对单独的某个纳米颗粒或纳米线、纳米管进行分析。
但其不足是TEM样品较薄，产生的特征X射线较少，使TEM中EDS的定量分析准确度降低。
由于碳膜对碳元素定量分析的干扰，EDS只对碳纳米管样品中碳以外的元素进行定性分析。
对图1b中的位置做元素分析，结果对应见图3a。
其中，Cu元素来源于铜网，Si元素来源于电镜，O元素来源于样品氧化或碳膜。
由图3a可以看出，该位置的杂质为碳颗粒，而非其它的金属杂质或残留催化剂，这表明在碳纳米管的生长过程中残留部分碳杂质，而这些碳颗粒可能已经石墨化。
对图2d做EDS元素分析，结果对应如图3b所示。
和图3a相比，多了Co元素，因此，可以判断图2d中的颗粒为Co催化剂，这与实验所用碳纳米管为通过Co催化制备相符。
图3 碳纳米管元素分析3 结论（1）利用TEM不仅能很好的表征碳纳米管材料的微观形貌，并且通过对碳纳米管精细结构的高分辨观察，能够帮助解释碳纳米管的生长机理，尤其对管壁缺陷、折角生长和端口生长的分析。
（2）X射线能量散射谱EDS作为TEM附件，其分析范围精细至纳米尺度。
因此，利用TEM附件EDS能准确地分析碳纳米管的微区成分，尤其有利于对制备过程中引入的催化剂、杂质的种类等进行确认。
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