填充型碳納米管複合材料的結構-物性關係：TEM-SPM原位研究

《填充型碳納米管複合材料的結構-物性關係：TEM-SPM原位研究》是依託浙江師範大學，由杜高輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：填充型碳納米管複合材料的結構-物性關係：TEM-SPM原位研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：杜高輝
• 依託單位：浙江師範大學

項目摘要

對單根碳納米管同時進行物性測量和微結構表征，理解其結構與物性的直接對應關係，是碳納米管研究領域一個基本且迫切需要的研究課題。本項目擬將使用TEM-SPM一體化（即將掃描探針顯微鏡集成在TEM樣品台上，可以在TEM中對單個樣品同時進行結構分析和SPM物性研究，實現其結構與物性的對應）的原位研究方法，主要研究內容包括：將以一類金屬硫化物填充的碳納米管複合材料為研究對象，在TEM中原位分析其電子輸運性和力學特性；調查應力作用下電子輸運性的變化及機理；研究電輸運過程中填充物的穩定性、以及碳納米管變形與斷裂過程中缺陷的產生、管內填充物與管壁的協同作用過程；將實時、原位分析碳納米管複合材料在強電/力場作用下的微結構演變和物性變化規律等。研究目的在於建立碳納米管及內部填充物的微結構與其力學、電子輸運性之間的關聯性並理解其機理，促進碳納米管材料在納電子器件、納米力學裝置方面的套用研究。

結題摘要

本項目中首先對填充型碳納米管的製備工藝進行了研究，首次以不鏽鋼片為催化劑和載體，以二甲硫醚為碳源，一步合成了Fe7S8-Ni17S18填充的碳納米管三元複合材料；進而利用二茂鐵為催化劑前驅體對二氯苯為添加劑一步合成了Fe-Fe3C填充的碳納米管複合材料，對產物的微觀結構和生長機理進行了討論。其次，使用TEM-SPM 一體化的原位研究方法，對金屬硫化物填充的單根碳納米管的電學性質進行了研究，發現呈現非線性電子輸運特性；當電流較大時金屬硫化物會分解蒸發，與碳納米管相互作用形成富勒烯球的新現象；當碳納米管中沒有金屬硫化物時，碳納米管的I-V曲線為線性，揭示了金屬硫化物對碳納米管電子輸運的調製作用。進一步使用原位TEM-SPM方法對Fe3C填充的碳納米管進行了研究，發現掃描電壓增大，碳納米管的微觀結構會由於焦耳熱的作用逐漸破壞，但是其導電性卻大大提高；這主要是由於接觸電阻減小和碳納米管的石墨化程度提高導致的；在焦耳熱的作用下，Fe3C會分解形成石墨烯結構，使其導電性得以大大改進。另外，對碳納米管產物的電磁與微波吸收、光學性能也進行了研究。在本項目的支持下，在J.Phys.Chem. C (2篇)，Synthetic Metals，Applied Physics A，CrystEngComm, J. Mater. Chem.等期刊發表論文11篇，申請專利2項。