《超順排碳納米管膜微型加熱器的特性與套用》是依託清華大學，由柳鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超順排碳納米管膜微型加熱器的特性與套用
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：柳鵬
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
套用研究是當前納米科技的一個重要方向。超順排碳納米管膜由於其輕薄、柔軟、透明、自支撐以及易於加工等優異特性，作為加熱器表現出低功耗、快速回響、適用於柔性器件以及低成本等特點。考慮到微型加熱器在科研、生產以及生活等多種領域都有著廣泛的套用，本項目擬研究碳納米管膜在作為微型加熱器時的特性以及套用中的一些關鍵問題，研究製作幾種具有實用價值的採用碳納米管膜作為加熱器的微型器件。研究分為三個環節，首先是研究碳納米管膜及其複合膜的加熱特性，然後基於絲網印刷和微加工工藝發展適合碳納米管膜微型加熱器件的製備工藝，並製備採用碳納米管膜作為微型加熱器的微型反應器、微型快速回響紅外光源和快速回響熱電子源、柔性透明加熱器件以及熱致雙穩態器件。實現全面了解碳納米管膜微型加熱器加熱特性，基本掌握碳納米管膜微型加熱器製備工藝，拓展碳納米管膜微型加熱器套用的目標。
結題摘要
超順排碳納米管膜具有超薄自支撐導電等優異特性，使得碳納米管膜對於加熱信號具有快速的回響，同時碳納米管膜還可以採用一些適宜於大批量製備的工藝進行加工，為當前的各種技術尤其是微機電系統提供了一種新的可能的微型加熱器。本項目探索了超順排碳納米管膜在作為加熱器的加熱特性、製作成微型加熱器的的加工工藝、以及可能適用的領域及相關套用原型製備。主要內容為：首先研究了碳納米管膜做成微型器件時的力學強度增強的方法，包括採用具有一定厚度的碳納米管膜和將碳納米管膜收縮成細線，以及將碳納米管膜與同樣超薄的石墨烯複合等方法；然後研究了碳納米管膜在不同的負載下其加熱特性的改變，通過比較不同的負載量和不同類型的負載材料，以及不同的傳熱環境的差異，系統的研究了碳納米管膜加熱器承有負載時的加熱特性，同時還研究了當碳納米管膜加熱與一些新型的納米材料如碳納米管陣列和碳納米管膜複合後的加熱特性的變化，碳納米管膜加熱器基本遵循隨著負載量的增加而熱回響變慢的規律，對於發生相變的負載，相變潛熱會明顯影響其熱回響，對於懸空的碳納米管膜，對流和輻射傳熱下的加熱特性有明顯不同；研究揭示了納米材料的力學和熱學特性跟巨觀尺度的類似和差異，具有普遍的科學意義。其次研究了適宜於碳納米管膜的製作微型加熱器及陣列的加工工藝，考慮工藝成本及批量化生產的實際要求，重點發展了絲網印刷和雷射切割的方法，實現了具有一定複雜性的印刷電極結構及印刷電極結構與具有功能的微型器件的結合；同時還探索了採用光刻工藝製備微型加熱器電極和支撐結構，實現了在光刻結構上具有複雜結構的碳納米管膜微型加熱器的集成；對於相關碳納米管微型器件的製備具有重要的參考價值。項目還重點研究了碳納米管膜微型加熱器的套用，碳納米管陣列與碳納米管膜的複合可以用作電子發射源，可以實現低功耗下的無吸附穩定電子發射；通過改進的基板結構實現了懸空的碳納米管膜熱致變色顯示，16×16像素的顯示原型可以顯示漢字字元，回響速度可以提高到1秒左右，接近廣告顯示等領域的技術需求；採用碳納米管細線的白熾光顯示也可以動態顯示漢字，碳納米管細線的微型結構還製作成了熱聲耳機，受到國際關注；套用研究揭示了碳納米管膜作為微型加熱器可能套用在多個領域，在取代傳統的微型加熱器和開發新性能方面都還具有進一步深入研究的必要。
