碳纳米管的电学特性研究.ppt

第四章碳纳米管的应用微电子器件：科学家已经制成了碳纳米管晶体管，体积是普通晶体管的十分之一，从而可以将集成电路尺寸降低两个数量级。第31页，共45页，星期日，2025年，2月5日纳米管铅笔麻省理工大学创造的碳纳米管铅笔，笔芯由单壁碳纳米管压缩而成，可以让人在纸上手绘碳纳米管电路。第32页，共45页，星期日，2025年，2月5日关于碳纳米管的电学特性研究第1页，共45页，星期日，2025年，2月5日论文结构论文分为五章：第一章绪论第二章碳纳米管的结构及其制备第三章碳纳米管的电学性能第四章碳纳米管的应用第五章碳纳米管研究与应用展望第2页，共45页，星期日，2025年，2月5日第一章绪论碳纳米管是石墨六方结构绕同轴缠绕而成，空心的管子，两端形成“帽状”结构，成为一端封闭或两端封闭的筒结构。如下图：第3页，共45页，星期日，2025年，2月5日碳纳米管研究应用现状近年来，纳米概念被商家吵得沸沸扬扬，什么“纳米空调”、“纳米创可贴”、“纳米毛巾”、“纳米领带”之类的产品到处都是。纳米技术前途光明，有着不可限量的应用。但是它的应用及推广现在很多还集中在研究领域和实验阶段。一些国家纷纷制定纳米战略，投入大量资金抢占纳米技术高地。2005仅美国联邦政府拨款就达10亿美元。第4页，共45页，星期日，2025年，2月5日碳纳米管发展进程1991年日本饭岛钝雄在高分辨透射电子显微镜下发现了碳纳米管。1992年，科研人员发现碳纳米管随管壁曲卷结构不同而呈现出半导体或良导体的特异导电性。1993年,通过在石墨电极中添加催化剂的方法得到了单壁碳纳米管。1995年，科学家证实了其优良的场发射性能。1996年，我国科学家实现碳纳米管大面积定向生长。1998年，科研人员应用碳纳米管作电子管阴极，并制作了室温工作的场效应晶体管。1999年，科学家发明了世界上最小的“秤”，它能够称量相当于一个病毒的重量。第5页，共45页，星期日，2025年，2月5日碳纳米管的应用前景碳纳米管具有独特的电学、力学、储氢、导热性能，因此其拥有其他材料所不具有的独特应用。应用主要涉及微电子器件、场致发射器件、扫描隧道显微镜针尖、信息存储、超级电容器、储氢材料、导热材料、特殊吸附材料、锂电池、质子交换膜、催化剂载体、复合材料等方面。第6页，共45页，星期日，2025年，2月5日第二章纳米碳管的结构、制备及纯化碳纳米管的结构：石墨层中碳原子的4个价电子中有3个成键，形成六边形的石墨网状结构。石墨六方结构绕同轴缠绕而成，空心的管子，两端形成“帽状”结构，成为一端封闭或两端封闭的筒结构。直径一般在1~30nm，长度可达微米级别。第7页，共45页，星期日，2025年，2月5日石墨层卷曲成碳纳米管示意图第8页，共45页，星期日，2025年，2月5日实验中的碳管存在缺陷，通过引入拓扑缺陷5/7，5/6/7，5/6/6/7的方法可以形成各种类型的异质结。第9页，共45页，星期日，2025年，2月5日碳纳米管按层分类可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管单壁碳纳米管多壁碳纳米管第10页，共45页，星期日，2025年，2月5日按形态分类碳纳米的端帽有多角形，锥形、半环形和开口形结构；碳纳米管的管身有L形，T形或Y形等；碳纳米管的特殊形态第11页，共45页，星期日，2025年，2月5日按手性分类单壁碳纳米管可分为椅形碳纳米管，锯齿形碳纳米管和手性形碳纳米管。第12页，共45页，星期日，2025年，2月5日碳纳米管的制备电弧放电法：在Ar或He气氛中，用石墨棒做电极，同时加入催化剂用使之进行反应，可制备碳纳米管。化学气相沉积法：通过烃类或含碳氧化物在催化剂的催化下裂解而成。激光蒸发法：在高温电阻炉中加入，催化剂激光束蒸发石墨靶，得到绳索状直径均匀的单壁碳纳米管。还有热解聚合物法、粒子辐射法、低温固态热解法、火焰法、电解法太阳能法等。第13页，共45页，星期日，2025年，2月5日碳纳米管的纯化物理纯化法：根据碳纳米管与杂质之间物理特性方面的差异分离杂质从而获得纯的碳纳米管。化学纯化法：化学纯化法是利用碳纳米管与碳纳米颗粒等杂质之间的氧化速率不一致来实现的。综合纯化法：通过物理、化学方法优化组合来进行纯化的综合法。第14页，共45页，星期日，2025年，2月5日第三