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在硅基器件接近其物理性能极限的当今,碳纳米管因其具有独特的准一维中空结构和纳米尺寸,以及极高的机械强度和卓越的电学特性,成为诸多领域重要的研究前沿和构筑微纳机电器件的理想材料。碳纳米管作为下一代新型材料研究已取得瞩目的成就,展示了巨大的应用前景和发展空间,但其可控自组装、器件制备及表征仍是目前碳基器件发展中亟待解决的瓶颈问题,也是备受国际关注的最富挑战性的前沿课题之一。为突破碳纳米管基器件制备与开发中面临的主要挑战,本课题提出静电诱导自组装和电场诱导自组装两种可控组装碳纳米管及其复合薄膜的方法,采用压电激励和激光拾振技术对自组装薄膜机械性能进行表征,提出以自组装碳纳米管/聚合物薄膜制备具有特定功能器件的设计思想,不仅为M/NEMS自组装器件开发提供材料保障,而且对新一代自组装器件的应用先行探索。本文的主要工作及结论如下:1.基于浓酸氧化碳纳米管开展的表面功能化修饰可有效改善碳纳米管溶解分散性,与聚电解质溶液交互成功用于静电诱导逐层(LbL)自组装碳纳米管/聚合物薄膜。采用石英晶体微天平、扫描电子显微镜、共焦拉曼光谱仪、半导体参数分析仪等仪器对静电自组装机理、成膜动力学、微观形貌、拉曼光谱、电学特性等进行表征和实验研究,对基于微纳尺度薄膜制备的新原理、新现象、新材料等基本问题进行了深入分析。2.采用静电诱导逐层自组装工艺在电活性聚合物薄膜基底上成功制备了适合于构筑M/NEMS薄膜器件的碳纳米管/聚合物多层薄膜。力学性能测试表明,静电自组装碳纳米管/聚合物薄膜的杨氏模量在几百GPa到几十GPa大范围内可随碳纳米管加载体积变化进行调节。静电自组装碳纳米管/聚合物薄膜杨氏模量的加强得益于碳纳米管在聚合物介质中的有效加载、碳纳米管/聚合物之间的致密结合作用。静电诱导LbL自组装为实现高力学性能的碳纳米管/聚合物薄膜提供了极有潜力的方法。3.采用可控电场诱导沉积工艺在电活性聚合物薄膜基底上成功制备了均匀致密的碳纳米管薄膜。采用电化学分析仪、扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、轮廓测试仪对电场诱导自组装过程、薄膜微观形貌、拉曼光谱特征、沉积表面轮廓等进行表征测试和实验研究。动态机械性能测试表明,电场诱导方法制备的碳纳米管/聚合物薄膜谐振器在谐振频率和品质因数上得到明显的加强,可用来有效调节薄膜谐振器达到期望的机电特性。4.提出自组装碳纳米管/聚合物薄膜开发新生代器件的思想。以自组装碳纳米管/聚合物薄膜用作透明电极,与电活性薄膜整合制备透明薄膜风力发电机,可充分利用可再生、低廉清洁的绿色能源发电,有利于促进能源的可持续发展。提出以力学性能可调节的自组装碳纳米管/聚合物薄膜开发新型微纳谐振器及开关器件,对其微纳加工和制造工艺进行了实验研究,其器件性能的理论预测展示了可观的谐振特性及低吸合电压。本文研究结果为拓展自组装碳纳米管/聚合物薄膜作为先进M/NEMS工程材料研究开辟了新思路,对研发具有特定功能的宏观器件、MEMS及NEMS具有重大的理论和现实意义。