《小直徑碳納米線圈的創製及其生長機理的研究》是依託大連理工大學,由潘路軍擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：小直徑碳納米線圈的創製及其生長機理的研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：潘路軍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
螺旋狀小直徑碳納米線圈在微納機電系統，納米器件以及複合材料上都極具潛在的套用前景。至今為止製備出的碳線圈的直徑基本上位於微米及亞微米級，而直徑小於50nm的小直徑碳納米線圈的製備可控性差，生成率低，主要原因在於小直徑碳線圈生長用催化劑顆粒由於粒度變小而造成其中的Fe和Sn(In)不能很好地融合，結構難以控制。本項目有針對性地發明一種新催化劑薄膜製備法，即利用離子注入法將Sn(In)離子注入到Fe的薄膜之中形成組成和結構可控的Fe-Sn(In)-O薄膜，克服在形成納米顆粒時各元素難於融合的問題。利用化學氣相沉積法高效製備出小線徑高結晶性碳納米線圈。同時研究催化劑微粒的形態、結構及結晶方位和小直徑碳納米線圈生長的關係，添加微量氧化性氣體保持催化劑的活性，結合計算機模擬研究氣相反應產物對線圈生長的影響，最終探明碳納米線圈的生長機理，為納米螺旋材料形成中的結晶學、生長機理及催化化學的發展作出貢獻。
結題摘要
碳納米線圈具有獨特的三維螺旋形態，必將產生和其它碳納米結構相異的新奇物理、化學特性，具有廣闊的套用前景。目前為止，直徑大於100nm的碳納米線圈製備技術已經取得較大進展，但是碳納米線圈的可控制備，尤其是直徑小於50nm的碳納米線圈製備技術遲遲未能獲得重大突破。本項目對小線徑碳納米線圈的製備方法和生長機理進行了系統研究，並對碳納米線圈的定點成長、形貌控制和實際應進行了深入探究。 首先，利用磁控濺射結合離子注入法製備小線徑碳納米線圈。採用高真空磁控濺射設備製備出特定厚度的SnO2薄膜，之後用離子注入法把鐵離子注入到薄膜里，得到生長碳納米線圈所需的Fe-Sn-O催化劑，通過調節離子的注入量改變催化劑中的鐵錫比。以乙炔作為碳源、用熱化學氣相沉積（CVD）法合成出線圈徑為40-100nm的小線徑碳納米線圈。 其次，利用離子濺射法製備Fe單質或Fe-Sn合金薄膜催化劑並成長小線徑碳納米線圈。在SiO2/Si基板上採用離子濺射法沉積Fe或Fe-Sn薄膜催化劑，採用熱CVD法成功獲得小線徑碳納米線圈。一般情況下，該碳納米線圈的線圈徑小於100 nm，線徑小於30 nm，遠小於採用傳統方法成長的碳納米線圈。統計實驗結果顯示：形狀不規則的催化劑顆粒導致螺旋結構的小線徑碳納米線圈的成長；規則、圓形結構的催化劑顆粒傾向於成長直的碳納米管。基於此，提出了小線徑碳納米線圈的成長模型並對其生長機理做了深入分析。 再次，深入研究了碳納米線圈的生長機理。主要研究了催化劑幾何結構與碳納米線圈成長的關係。發現催化劑顆粒一般為六面體結構，並認為催化劑含有兩種晶面：催化活性面和碳析出面。具有不同活性面或幾何結構的催化劑將導致不同類型的碳納米線圈的生成。 最後，全面研究了碳納米線圈的特性及套用。（1）用碳納米線圈和銀納米粒子相結合構建了一種新型的三維結構表面增強拉曼散射活性基板。（2）研究了單根碳納米線圈的電致發光光譜，探測出在普通黑體輻射光譜基礎上重疊的4個發光峰，這說明線上圈的電子結構中至少存在有4個主要能級。（3）發現碳納米線圈對近紅外光具有靈敏和快速回響的特性。（4）研究了碳納米線圈的電致振動特性，發現單根碳納米線圈在外加電場力的作用下會發生振動，楊氏模量在其長度方向上逐漸增加。（5）研究了單根碳納米線圈的電導特性，發現經過高溫退火後的碳納米線圈的室溫電阻率有明顯的下降。
