碳基纳米材料的制备、表征及场发射特性研究

• 作 者: 曾乐勇
• 机 构: 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
• 出 处: 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 碳纳米材

以碳纳米管为代表的碳基纳米材料是目前研究最为广泛的一类新型功能材料，在纳米电子学、纳米材料学、纳米光学、纳米力学和纳米生物学等方面具有潜在的应用前景。实现碳基纳米材料的可控生长、表面修饰、功能剪裁、性能优化以及C/C复合纳米材料的制备成为碳纳米材料应用的基础。本论文以碳基纳米材料为研究对象，围绕碳纳米管、纳米金刚石以及C/C复合纳米材料的制备、表征和场发射特性等进行了系统深入地研究，得到如下新结果：　　
1.氢等离子体处理改变了碳纳米管的结构，使碳纳米管位于紫外波段的吸收峰发生“红移”且峰形窄化；以碳纳米管为基底生长碳纳米片，氢等离子体处理活化了碳纳米管表面，将其表面的部分C-C键打断或被C-H键取代，提供了碳纳米片的生长点。　　
2.碳纤维在H2SO4/HNO3混酸溶液中的浸泡处理活化了其表面并形成了表面缺陷，提供了碳纳米材料的生长点；不同含Fe溶液中的浸泡处理在碳纤维表面形成了含Fe颗粒薄膜，降低了催化剂向碳纤维内部的渗透；而含Fe溶液的组分决定了所生长碳纳米材料的形貌和结构。　　
3.改变CH4/Ar/H2流量比可有效控制纳米晶金刚石薄膜的晶粒尺寸、表面粗糙度和晶体质量；高反应温度和低CH4浓度有利于(111)金刚石微米晶薄膜生长，而低反应温度和高CH4浓度有利于(100)金刚石微米晶和纳米棒薄膜的生长。　　
4.碳纤维在H2SO4/HNO3混酸中的浸泡处理和氢等离子体处理活化了其表面，在表面形成了活性官能团，为石墨纳米晶在碳纤维表面的制备提供了生长点。　　
5.部分银包覆使银与金刚石界面处形成电子发射区，有效提高了金刚石的场发射性能。合适密度的碳纤维基C/C复合纳米材料有效降低了相邻发射体之间的电场屏蔽，增强了发射体顶端的场增强因子，减小了基底与发射体之间的接触电阻。纳米金刚石晶粒边界处形成金刚石-石墨结构，该结构形成许多电子发射区域，有利于电子传输；改变薄膜中的石墨含量可有效控制纳米晶金刚石薄膜的场发射特性。