沉积在钨针尖上的碳纳米管场致电子发射特性的研究解析
碳纳米管阵列
碳纳米管阵列引言碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米级管状结构，具有优异的力学、电学和热学性质。
碳纳米管阵列是指将碳纳米管以一定的间距排列在基底上形成的结构。
碳纳米管阵列具有很多独特的特性和潜在应用，因此在纳米科技领域引起了广泛的关注和研究。
I. 碳纳米管阵列的制备方法碳纳米管阵列的制备方法主要包括化学气相沉积、电化学沉积和模板法等。
化学气相沉积是最常用的制备方法之一，通过在合适的基底上控制碳源气体的流量和温度，可以在基底表面上生长出碳纳米管阵列。
电化学沉积方法利用电解质溶液中的电流对碳源进行电化学反应，从而在电极表面上沉积碳纳米管阵列。
模板法是利用模板的孔隙结构来控制碳纳米管的生长方向和排列，从而形成碳纳米管阵列。
II. 碳纳米管阵列的性质碳纳米管阵列具有许多独特的性质，其中包括优异的电导性、机械强度和导热性。
碳纳米管的电导性非常好，可以作为电子器件的导线或电极材料。
同时，碳纳米管的机械强度也非常高，具有优异的拉伸和弯曲性能，可以用于制备高强度的纳米材料。
此外，碳纳米管还具有很高的导热性，可以作为高效的热导材料。
III. 碳纳米管阵列的应用碳纳米管阵列在许多领域都有着重要的应用。
首先，碳纳米管阵列可以用于制备纳米电子器件。
由于碳纳米管具有优异的导电性能，可以用于制备高性能的晶体管、场效应晶体管等电子器件。
其次，碳纳米管阵列还可以用于制备高性能的化学传感器。
由于碳纳米管表面的特殊化学性质，可以用于检测微量的化学物质。
此外，碳纳米管阵列还可以用于能量存储和转换领域，例如制备高性能的锂离子电池和超级电容器。
此外，碳纳米管阵列还可以用于制备高效的催化剂和光催化剂，用于环境治理和能源转化等方面。
IV. 碳纳米管阵列的挑战与展望尽管碳纳米管阵列具有广泛的应用前景，但是其制备和性质调控仍然面临一些挑战。
首先，碳纳米管阵列的制备方法需要进一步优化，以提高碳纳米管的纯度和排列度。
其次，碳纳米管的性质调控和控制也是一个关键问题，需要研究如何在碳纳米管阵列中实现特定的性质调控。
单壁碳纳米管的研究进展
单壁 碳 纳米 管 因其特 别 的结 构 ，具有 很 多优 异而 独 特 的光 学 、电学 和机械 学特 性 ，呈 现 出广
７０ ０ ％下反应 １ｍ ｎ １ｈ ５ ｉ ］ ，反应结束后 ，在氦气流 ￣２
中冷却到室温 ，取出产品。产品为深黑色 ，将其
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文章编 号 ：１１—９ ８ （０ ５ ０ ８二 ４ ８２ １ １ ２ １）０— ０２ ｏ １
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１８ 年ＲＥＳ ａ ｅ等 首次 制得 纯度 极 高 的 ９５ ．． ｌｙ ｍ ｌ ｃ ，并提出一种球状分子模型 ，命名为Ｆ ｌ ｒ ｅ 印 ｕ ｅ ｎ ｌｅ
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xps 分峰 碳纳米管
xps 分峰碳纳米管一、引言碳纳米管，由于其独特的结构和优异的性能，在许多领域都有着广泛的应用前景。
随着科技的不断进步，对碳纳米管的研究也日益深入，其中X射线光电子能谱（XPS）作为一种重要的分析手段，在碳纳米管的研究中发挥着重要的作用。
本文将重点探讨XPS技术在碳纳米管分峰分析中的应用及其对碳纳米管研究的贡献。
二、XPS技术简介X射线光电子能谱（XPS）是一种通过测量样品原子或分子在被X射线激发后产生的光电子能量分布来分析物质成分的方法。
由于XPS可以提供元素组成、化学态和分子结构等信息，因此被广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
三、碳纳米管的特性碳纳米管是由单层或多层石墨烯卷曲而成的无缝纳米级管状结构。
由于其独特的结构和物理化学性质，碳纳米管在力学、电学、热学等方面都有着优异的性能。
此外，碳纳米管还具有较高的比表面积和良好的化学稳定性，这使得它们在许多领域都有着广泛的应用前景。
四、XPS在碳纳米管分峰分析中的应用XPS在碳纳米管分峰分析中发挥着重要的作用。
通过对碳纳米管的XPS谱进行分析，可以获得碳纳米管中各元素的含量、化学态以及分子结构等信息。
例如，通过测量C1s峰的位移和形状，可以推断出碳纳米管的层数和手性；通过测量N1s峰和O1s峰，可以了解氮和氧在碳纳米管中的含量和化学态。
这些信息对于理解碳纳米管的生长机制、优化制备工艺以及拓展应用领域等方面都具有重要的意义。
五、分峰结果的解读在对碳纳米管的XPS谱进行分峰处理时，通常采用高斯-洛伦兹曲线拟合方法来解析谱峰。
通过对C1s峰的拟合，可以得到碳纳米管中sp2和sp3杂化碳的比例，从而推断出碳纳米管的石墨化程度。
此外，通过对N1s和O1s峰的拟合，可以得到氮和氧在碳纳米管中的含量和化学态。
通过对这些信息的解读，可以对碳纳米管的性能和应用进行更加深入的理解。
六、碳纳米管的应用领域由于其独特的结构和优异的性能，碳纳米管在许多领域都有着广泛的应用前景。
化学气相沉积法制备碳纳米管
化学气相沉积法制备碳纳米管材料化学专业制备原料碳源多为乙烯或者乙炔；催化剂颗粒多为亲碳的、过渡金属的纳米粒子如铁、镍、镁、钼等。
制备工艺在高温条件下碳源气体在过渡金属纳米颗粒的催化作用下分解，碳原子在催化剂例粒子中熔解、饱和。
在催化剂粒子中饱和并析出碳形成了小管状的碳固体即碳纳米管。
碳纳米管的性能力学性能：碳纳米管中碳原子采取SP2杂化S轨道成分比较大，使其具有高模量、高强度，具有优异的力学性能。
理想的碳纳米管的抗拉强度可高达100GPa。
一般碳纳米管的抗拉强度可达50-200GPa,是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，弹性模量高达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。
不同的SP2和SP3杂化几率使碳纳米管其表现出优良的弹性，柔韧性，易拉伸，十分柔软，同时它还具有与金刚石相当的硬度和极大的长径比，可以作为理想的高强度纤维材料，被称为未来的“超级纤维”。
导电性能：碳原子最外层有4个电子，碳纳米管具有类石墨结构，石墨的每个碳原子最外层的三个电子与三个最邻近的碳原子以SP2杂化，呈现层状结构。
碳原子的另一个未成对电子位于垂直于层片的π轨道上，碳纳米管具有石墨的良好导电性能。
碳纳米管由石墨片卷曲而来，其导电性能由石墨片的卷曲方式决定，即导电性能取决于它的管径和手性。
不同手性的碳纳米管可分别呈现金属性、半导体性。
给定的碳纳米管的手性矢量Ch=na1+ma2，若n．m=3k(k为整数)，那么该方向碳纳米管呈现金属性，可视为良好的导体。
其中，若n=m，碳纳米管电导率可高达铜的l万倍，导电性极好。
当n．m不等于3k(k为整数)时，该方向碳纳米管视为半导体。
另外，在碳纳米管的管壁上往往有成对的五元环和七元环出现，这些缺陷会导致新的导电行为，为碳纳米管的导电性做贡献。
传热性能：碳纳米管的类石墨结构使得其具有良好的传热性能，另外，准一维结构使得沿着碳纳米管轴向方向的热交换极易进行，由此，可以通过制备定向的碳纳米管阵列从而获得某个方向热传导性能极好的产品。
碳纳米管的性质及其应用
碳纳米管的性质及其应用碳纳米管的性质及其应用【摘要】综述了碳纳米管的结构、性质及其应用，指出碳纳米管可看作是石墨烯片按照一定的角度卷曲而成的纳米级无缝管状物，根据层数不同可分为多壁碳纳米管和单壁碳纳米管。
碳纳米管具备良好的电学性能、热学性能及化学与电化学性能，在各个领域应用广泛。
【关键词】碳纳米管性能应用碳是地球上最丰富的元素之一，它以多种形态广泛存在于大气和地壳之中。
自1985年Smalley用烟火法成功制得C60以来，碳纳米管、碳微米管和石墨烯等多种碳结构逐渐进入人们的视线。
碳纳米管作为C60制备的副产物，较早被人们发现。
一、碳纳米管的结构碳纳米管，又称巴基管，属于富勒碳系，是在C60不断深入研究中发现的。
碳纳米管是由单层或多层石墨片围绕同一中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管结构，两端通常被由五元环和七元环参与形成的半球形大富勒烯分子封住，每层纳米管的管壁是一个由碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形网络平面所围成的圆柱面。
CNT 根据管状物的石墨片层数可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
二、碳纳米管的性能及应用电学性能及应用碳纳米管是优良的一维介质，由于碳纳米管的特殊管状结构，管壁上的石墨片经过了一定角度的弯曲，导致量子限域和σ-π再杂化，其中3个σ键稍微偏离平面，而离域的π轨道那么更加偏离管的外侧，这使得π电子能集中在碳纳米管管壁外外表上高速流动，但在径向上，由于层与层之间存在较大空隙，电子的运动受限，因此它们的波矢是沿轴向的，这种特殊的结构使得碳纳米管具有优异的电学性能，可用于量子导线和晶体管等。
量子导线。
CNT可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线，Tang等在研究具有较小直径的SWNT磁传导特性时发现，在温度低于20K时，直径为0.4nm的CNT具有明显的超导效应，这也预示着CNT在超导领域的应用前景。
晶体管。
Soh等成功制备出碳纳米管晶体管阵列，这种单分子晶体管是现有硅晶体管尺寸的1/500，可使集成电路的尺寸降低2个数量级以上。
碳纳米管的工作原理
碳纳米管的工作原理碳纳米管作为一种具有材料学和纳米科技领域重要应用前景的纳米材料，其独特的结构和优异的性能引起了广泛的关注和研究。
本文将介绍碳纳米管的工作原理，包括结构形貌、电子结构及其在电子学、能源和材料等领域的应用。
一、碳纳米管的结构形貌碳纳米管是由碳原子按照特定方式排列而形成的一种纳米材料。
其结构可分为单壁碳纳米管（Single-walled carbon nanotubes, SWCNTs）和多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs）两种。
单壁碳纳米管由一个层状的碳原子构成，形成一个中空的圆筒状结构；而多壁碳纳米管则是由多个套在一起的单壁碳纳米管形成。
碳纳米管的直径可在纳米尺度下，长度则可从纳米到微米不等。
二、碳纳米管的电子结构碳纳米管的电子结构由它特殊的晶格结构所决定。
SWCNTs的电子结构可以分为金属型和半导体型。
金属型SWCNTs具有导电性能，其带电子结构中存在不同对于带底和带顶的π键态。
而半导体型SWCNTs则具有带隙，在带电子结构中存在占据和未占据的π键态之间的能隙。
MWCNTs的电子结构则比SWCNTs复杂，由于多层的存在，形成了更多的能带结构。
三、碳纳米管在电子学中的应用由于碳纳米管具有良好的电导性和导热性能，使得它在电子学领域具有广泛的应用潜力。
碳纳米管可以作为电子器件的导线或晶体管的栅极，实现电流的快速传输和控制。
其极小的尺寸和高度延展性也使得碳纳米管可以用于构建高密度的集成电路，并在纳米尺度上实现电子元件的微缩和高性能的实现。
四、碳纳米管在能源领域的应用碳纳米管在能源领域的应用主要集中在电池、超级电容器和燃料电池等方面。
碳纳米管具有高比表面积和优异的导电性能，这使得它在电化学能量转换和储存中具有重要的作用。
碳纳米管可以用作电极材料，提高电池和超级电容器的性能，并且可以提高储能密度和充放电速度。
五、碳纳米管在材料领域的应用碳纳米管以其高强度、高刚性和轻质的性质在材料领域有着广泛的应用前景。
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。
资料-碳纳米管
由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的同轴中空无缝管状结构，其管壁大都是由六边形碳原子网格组成。
根据管壁层数不同，一般分为单层碳纳米管和多层碳纳米管；单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）：由一层石墨烯片组成。
单壁管典型的直径和长度分别为0.75～3nm和1～50μm。
又称富勒管(Fullerenes tubes多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs）：含有多层石墨烯片。
形状象个同轴电缆。
其层数从2～50不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相当。
多壁管的典型直径和长度分别为2～30nm和0.1～50μm。
根据碳纳米管中碳六边形网格沿轴向的不同取向，可将其分为扶手椅型，锯齿型和螺旋型三种.SWNTs的顶端相当于半个富勒烯球组成的封闭管帽，是由适当数目和位置的五边形和六边形构成制备方法特点:通过各种外加能量，将碳源离解原子或离于形式，然后在凝聚就可以得到这种碳的一维结构。
1.电弧法电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定。
放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物。
电弧法多采用直流电弧，电弧放电条件一般为：电极电压20～30V；电流50～150A；气体压力10～80kPa。
产率50％。
Iijima等生产出了半径约1 nm的单层碳管。
传统的电弧放电法只能制备多层纳米碳管，只有在加入金属催化剂时才可能得到单层碳纳米管，由此可见催化剂对于单层碳纳米管的生长是必不可少的。
2.化学气相沉积法CVD 方法利用热分解含碳化合物，在金属催化剂作用下，合成碳纤维。
常用的碳氢化合物包括甲烷、一氧化碳、苯等，而金属催化剂包括过渡金属( Fe 、Co 、Ni 及Mo 等) 以及它们的氧化物。
CVD 法具有设备简单、条件易控、能大规模制备、可以直接生长在合适的基底上等优点。
碳纳米管的研究进展
碳纳米管制备方法的研究进展碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料，由石墨碳原子层卷曲而成。
由于拥有潜在的优越性能，碳纳米管无论在物理、化学还是在材料学领域都将有重大发展前景。
近年来，美国、日本、德国和中国等国家相继成立了纳米材料研究机构，碳纳米管的研究进展随之加快，并在制备方面取得了突破性进展。
1.电弧法石墨电弧法是最早的、最典型的碳纳米管合成方法。
其原理为电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定【1】。
放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物【2】.。
由于电弧放电剧烈，难以控制进程和产物，合成物中有碳纳米颗粒、无定形炭或石墨碎片等杂质，杂质很难分离。
所以研究者在优化电弧法制取碳纳米管方面做了大量的工作。
为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert【3】将将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管的缺陷。
C.Journet【2】等在阳极中填入石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。
研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs合成。
近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。
2.催化裂解法。
催化裂解法亦称为化学气相沉积法，其原理是通过烃类或含碳氧化物在催化剂的催化下裂解而成【4】。
目前对化学气相沉积法制备碳纳米管的研究表明，选择合适的催化剂、碳源以及反应温度十分关键。
K.Hernadi等【5】发现碳源的催化活化顺序为：乙炔＞丙酮＞乙烯＞正茂烷＞丙烯≥甲醇=甲苯≥甲烷。
Ren[6]等在666℃条件下,在玻璃上通过等频磁控管喷镀法镀上厚度为40nm的金属镍,以乙炔气体作为碳源,氨气作为催化剂,采用等离子体热流体化学蒸气分解沉积法,得到了在镀有镍层的玻璃上排列整齐的阵列式碳纳米管管束。
CNT的研究现状
碳纳米管的应用研究现状1、储氢材料从90年代起，许多发达国家都制定了系统的氢能研究计划，其短期目标是氢燃料电池汽车的商业化。
现在利用氢能的障碍是氢气的规模化存储和运输。
按5人座的轿车行使500公里计算，需要3.1Kg的氢气，以正常的油箱体积计算，氢气的存储密度应有6.5wt%或62Kg/m3，目前的储氢材料都不能满足这一要求。
碳纳米管由于其管道结构及多壁碳管之间的类石墨层空隙，使其成为最有潜力的储氢材料，并是当前研究的热点，国外学者证明在室温和不到1bar的压力下，单壁碳管可以吸附氢气5-10wt%，有人认为在80K下，C/H比可达1/1（即8.25wt%）。
有人认为多壁碳纳米管储氢可达14wt%。
我们用NO反滴定法测定的多壁碳纳米管的储氢量在5wt%左右。
目前，根据理论推算和近期反复验证，大家普遍认为可逆储/放氢量在5wt%左右，即使5wt%，也是迄今为止最好的储氢材料。
己经证实，碱金属嵌入碳纳米管会极大地提高其储氢性能。
2、场致发射碳纳米管具有极好的场致电子发射性能，这一性能可用于制作平面显示装置取代体积大、重量重的阴极电子管技术。
加州大学的研究人员证明碳纳米管具有稳定性好和抗离子轰击能力强等良好性能，可以在10-4Pa真空环境下工作，电流密度达到0.4A/cm3。
将碳纳米管沉积在一种高分子膜的阵列上，制成的显示器，在200V的工作电压下工作了200小时，电流密度可达10-2A/cm3。
目前，这一领域的研究已经接近产业化，日本已制出该类技术的彩色电视机样机，其图象分辨率是目前已知其它技术所不可能达到的,他们预言在2001年将该种电视机推向市场。
将单壁碳纳米管在晶态金膜上组成阵列，可提供高达106A/cm3的电流密度。
用碳纳米管制成的电子枪与传统的相比，不但具有在空气中稳定、易制作的特点，而且具有较低的工作电压和大的发射电流，适用于制造大的平面显示器。
毫无疑问，显示器的效果和利润会牵引碳纳米管走向千家万户，并很快形成新的产业。
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沉积在钨针尖上的碳纳米管场致电子发射特性的研究
沉积在钨针尖上的碳纳米管场致电子发射特性的研究
摘要本文主要说明了纳米级钨针尖的制作方法，并且用电化腐蚀制备出尖端曲率半径约为100~200nm的钨针尖。
在此钨针尖上，我们采用了多种方法在其尖端生长或镀覆碳纳米管。
其中包括电介质电泳的方法和镀铁后化学气相沉积法（CVD）生长碳纳米管。
在电介质电泳法中，采用不同的电泳电压尖端上的附着情况有很大的差异，并直接影响了其场发射性能。
在CVD法中，我们在钨的尖端上成功生长了碳纳米管，而且这些碳纳米管都是直立的。
最后，所有的样品都进行了场致电子发射性能的测试。