氣流波動法實(shí)現(xiàn)鐵填充碳納米管以及分支碳納米管的可控制備課件

氣流波動法實(shí)現(xiàn)鐵填充碳納米管以及分支碳納米管的可控制備

碳納米管填充技術(shù)簡介

毛細(xì)管作用填充

原位填充氣流波動法在碳納米管填充的應(yīng)用展望主要內(nèi)容碳納米管填充nanowiresvariousforeignelementsorcompoundstheinnercavityofthecarbonnanotubesnanosizetesttubesnanostoragemediaIijimaS.Nature，1991,354,56-58AjayanPM,IijimaS.Nature，1993,361,333-335已在碳納米管內(nèi)達(dá)成填充的元素在周期表中的分布

30多種元素——單質(zhì)或化合物形態(tài)（氧化物、碳化物、氯化物及部分硫化物、硝酸鹽等其它鹽類）

填充方法

原位填充毛細(xì)管作用填充填充機(jī)制兩步法(openingfilling)固相熔融法，液相濕化學(xué)法，電弧放電法，催化熱解法模板法，電解熔鹽法新穎方法傳統(tǒng)方法兩步法填充碳納米管示意圖發(fā)生毛細(xì)管作用的前提Δp為氣液界面的壓力差，γ為液體表面張力，θ為液固接觸角，γSV為固氣表面張力，γSL為固液界面張力，r為毛細(xì)管的曲率半徑。Laplace方程結(jié)論：填充物質(zhì)的固液界面張力γSL越小，接觸角θ就越小，就越容易發(fā)生毛細(xì)管作用進(jìn)而填充進(jìn)入碳納米管內(nèi)腔。cut-offvalueat100~200mN/mnowettingwettingTsangSC,ChenYK，HarrisPJF，Nature,1994,372,159-162DujardinE,EbbesenTW，HiuraH.Science,1994,265,1850-1852原位填充法化學(xué)氣相沉積法Ni填充的針狀結(jié)構(gòu)Fe填充多壁碳納米管GrobertN,TerronesM,Appl.Phys.,1998,67(A),1998,67(A),595SinhaAK,HwangDW,HwangLP.Chem.Phys.Lett.,2000,332,455PradhanBK,TobaT,KyotaniT,Chem.Mater.,1998,10,2510WuHQ,WeiXW,ShaoMW,J.Mater.Chem.,

2002,12(6),1919氣流波動法實(shí)驗(yàn)裝置圖Method:sequentialflowfluctuationsatequalintervalsduringacatalyticchemicalvapordeposition(CVD)processSubstrate:Al2O3carbonsourceandcatalyst:iron(II)phthalocyanine(FePc)WeiDC,CaoLC,FuL,LiuYQ,Adv.Mater.,2007,19,386WeiDC,LiuYQ,CaoLC,etal.NanoLett.,2006,

6,186WeiDC,LiuYQ,CaoLC,FuL,JACS,2007,129,7364(b)在Al2O3襯底上得到鐵填充CNTs的SEM圖(c、d)鐵填充CNTs的TEM圖(e)鐵填充CNTs的HRTEM圖氣流波動法得到的鐵填充碳納米管氣流波動時間間隔：a)0.5,b)1,c)2,andd)4min

鐵粒子位置間隔:a)256nm,b)690nm,c)1.2um,andd)2.3um氣流波動的時間間隔對鐵粒子位置的影響氣流波動法實(shí)現(xiàn)鐵填充碳納米管的機(jī)理F1andF2indicatetheadhesionforcesofCNTwallsandthesubstrate,respectively.SiO2襯底Inasteadyflowof40sccmH2withoutflowfluctuation,averticalarrayofCNTsgasflowfluctuatescontinuouslyinthewholereactionprocess,high-yieldbranchedjunctions“Y”junctions(Figurec),multiterminaljunctions(Figured),multilevelbranchedjunctions(Figuree),and“V”junctions(Figuref).分支碳管的類型γ為液體表面張力，θ為液固接觸角T=923K,γ=2.387Nm-1SiO2Al2O3CNTscontactanglesWad=3.756,0.558,1.018Nm–1SiO2上，Wad(Fe/SiO2)>>Wad(Fe/CNTs)Al2O3上，Wad(Fe/Al2O3)<Wad(Fe/CNTs)氣流波動中不同襯底的影響Al2O3襯底SiO2襯底F1andF2indicatetheadhesionforces