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碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)以其特有的结构以及由此产生的一系列独特的物理、化学性质,在场发射与平板显示、纳米电子器件、储能、结构增强等方面具有广泛的应用前景。碳纳米管的众多优良性质沿其轴向体现得更为显著,如何合理控制碳纳米管的有序排列,尤其是轴向平行的有序排列,以及使其选择性地存在于特定位置,对于充分发挥其优异性能,实现按照人们的意愿构建碳纳米管器件具有重要意义。
本论文对碳纳米管在刚性衬底(硅晶片)以及柔性衬底(polyethyleneterephthalate,PET)上的定向、定位组装进行了探索,研究了直流电场对碳纳米管自组装过程的影响。利用拉曼光谱(Raman Spectroscopy)、X-射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)、粒度分析仪、紫外光谱等手段对碳纳米管功能化修饰及其在溶液中的分散情况进行了表征。此外,采用扫描电镜(Scanning Electronic Microscopy,SEM)、场发射性能测试等手段对碳纳米管在衬底上的组装情况及其性质进行了测试和分析。研究工作主要在以下几个方面开展:
碳纳米管端部的功能化修饰及功能化修饰后的碳纳米管在不同溶剂中的分散;碳纳米管在刚性硅晶片衬底上的定向自组装研究;柔性聚合物PET衬底的表面改性及其疏水/亲水杂化表面的制备研究;碳纳米管在PET衬底上的选择性定位组装研究。
本研究工作在保证碳纳米管结构完整的同时,成功修饰了羧基等含氧功能基团,并在水、N,N二甲基甲酰胺溶剂中均匀稳定地分散,为后续碳纳米管的组装研究提供基础;成功实现了多壁碳纳米管在硅晶片衬底上的垂直定向自组装,测试结果表明其具有良好的场发射性能;通过在PET衬底表面组装硅烷分子层,成功制备了疏水表面,结合紫外光照的方法,实现了PET衬底疏水/亲水杂化表面的制备,在此基础上,实现了单壁碳纳米管在PET衬底表面的选择性定位组装;通过表面活性剂选择性修饰衬底,结合超声处理,成功实现了多壁碳纳米管在PET衬底表面的选择性定位组装。