论文部分内容阅读
单壁纳米碳管(SWNTs)具有十分独特的结构特征，应用领域也十分广泛。然而，单壁纳米碳管的大规模制备和纳米碳管的定向排列却始终是瓶颈，大大限制了对单壁纳米碳管的应用研究；在纳米碳管的各种优异性能中，纳米碳管的场发射特性尤其引人注目，用于评价纳米碳管阵列场发射性能优劣的重要参数是电场增强因子。影响该参数的主要因素包括纳米碳管阵列密度、长径比、管尖端结构和尖端电子逸出功等。因此，在理论上弄清电场增强因子与上列因素的具体关系，有利于提高场发射性能；定向排列纳米碳管对实验中研究纳米碳管场发射性质、制备纳米碳管冷阴极具有重要意义。本文采用自发研制组装的“阳极弧等离子体法制备纳米碳管的实验装置”，通过阳极弧等离子体蒸发内含催化剂(Fe、Co、Ni)的石墨棒合成了单壁纳米碳管及管束，对产物进行了X射线衍射分析、Raman光谱分析和热重分析等多方面表征，表明本实验产物是结构缺陷少、纯度高、碳管直径均匀、准直、质量好的单壁纳米碳管及管束。给出了阳极弧等离子体法制备高质量单壁纳米碳管的最佳条件为：氦气压为6.0×10~4pa，弧电流为70A，催化剂质量比为W(Fe)∶W(Co)∶W(Ni)=1∶1∶1，良好的冷却条件。并计算出单壁纳米碳管及管束的密度及单根纳米碳管的杨氏模量随半径的变化关系。通过纳米碳管阵列模型研究了纳米碳管周围的电势分布，得出纳米碳管阵列的电场增强因子与管长，管半径以及纳米碳管阵列面密度关系。提出在层流场中定向排列纳米碳管的技术，并计算了在层流场中、电场中、强磁场中重新定向排列的机理，用机械拉伸法将CNT均匀分散并定向排列在PMMA中得到各向异性且力学性能和电学性能优异的CNTs／PMMA复合材料。此实验结果证明机械拉伸法与层流场中定向排列纳米碳管的理论预测相符。