準一維碳納米線圈的導電機制及其光、熱、力回響研究

《準一維碳納米線圈的導電機制及其光、熱、力回響研究》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：準一維碳納米線圈的導電機制及其光、熱、力回響研究
• 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

準一維碳納米線圈，由於其特異的空間構象和納米尺度，有望產生新奇的光、熱、力、電特性，在納米電子器件、微納機電系統中都極具潛在的套用前景。國際上對碳納米線圈的物理特性研究尚處於起步階段，揭示了一些有趣的力學、導電、導熱和電子結構特性，但是很不系統。本項目以單根碳納米線圈的導電性為中心，以物質結構和電子結構兩方面研究為基礎，通過實驗與理論相結合，對單根碳納米線圈的導電性及其光、熱、力回響等開展一系列的實驗測量，結合多尺度計算模擬，揭示由於準一維的螺旋性和獨特的多晶-非晶體系帶來的新奇物理特性，特別是原子結構和相應的電子結構、以及由此而產生的電導率、光電、熱電、力電回響特性，從而構建出碳納米線圈整體基礎物理圖像。這些研究，將不僅豐富我們對於低維碳納米材料基礎物理的認識，而且有望揭示某些納米尺度上的新現象和新效應，也將為發展新一代微納機電系統和其它納米器件提供基礎器件和構造基元。

結題摘要

本項目針對碳納米線圈特異的空間螺旋構象和多晶-非晶的結構特點，對其生長條件和形態結構的關係、光熱力電特性和電子結構的關係以及潛在的套用進行了廣泛系統的研究。 首先，通過改變反應時間和催化劑薄膜的厚度以及襯底的加工實現了碳納米線圈的形貌和長度的調控。進而採用綠色環保的植物纖維襯底以及氧化鋁小球襯底高效、經濟地合成了碳納米線圈，為可控、大量製備碳納米線圈打下了基礎。 本項目重點對碳納米線圈的光熱力電特性及相互轉化機制進行了深入細緻的研究。首先對單根碳納米線圈的導電性進行了測試，研究了其溫度特性、結構特性以及相互關係，深入分析了碳納米線圈的導電機制，揭示了由於準一維的螺旋性和獨特的多晶-非晶體系而產生的新奇電子變程跳躍傳導機理。在此基礎上對碳納米線圈的聲子傳輸特性進行了研究，利用穩態時碳納米線圈的紅外光譜及其溫度分布、瞬態電流的變化等全新的測試方法，計算出碳納米線圈的熱導率和熱擴散係數，並對線圈的熱特性和導電性及結構特性的關係進行了深入分析。進而對碳納米線圈的紅外光回響進行了系統研究，揭示了光熱轉化和電阻變化的關係，為製作新型紅外探測裝置提供了新的思路和方法。隨後研究了靜電誘導和脈衝光誘導碳納米線圈的振動特性，從理論和實驗上提出了測量懸臂樑共振頻率的新方法，並精確測出碳納米線圈的楊氏模量、共振頻率等機械參數。在此基礎上，研究了單根碳納米線圈及其金屬複合體系的導電應變回響，發現該體系具有拉伸感測特性，在可穿戴設備以及微納機電系統等方面有著很大的套用潛力。 本項目還在碳納米線圈的套用研究上進行了嘗試，利用碳納米線圈的空間螺旋形態和優異的分散性，通過和Ag納米粒子的複合製成高靈敏度SERS襯底，通過和二氧化錳納米粒子複合製成超級電容器電極，並利用其優異的機械特性製成液體表面張力測試系統。同時，對石墨烯材料的製備及其在超級電容器中的套用也開展了拓展性研究，並取得了良好的結果。