| 题名 | 碳纳米管的荷能粒子束改性 |
| 作者 | 倪志春 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-05-25 |
| 授予单位 | 中国科学院上海应用物理研究所 |
| 授予地点 | 上海应用物理研究所 |
| 导师 | 巩金龙 |
| 关键词 | 离子束 碳纳米管 碳纳米线 连接结 网络 焊接 场发射 |
| 其他题名 | Modification of Carbon Nanotubes by Energetic Particles |
| 中文摘要 | 碳纳米材料由于其独特的结构和优异的性能，在物理、化学、材料科学等领域具有深远的影响，如果利用荷能粒子束作用碳纳米管一方面构建碳纳米连接结、碳纳米网络等结构，另一方面利用粒子束来掺杂碳纳米管实现碳纳米管性能的调控，如改变其电学性能，磁学性能等，这将解决由芯片导线直径减少而带来的高阻抗、纳米器件的小型化，高度集成化等方面带来的问题，此外，由于碳纳米管具有优异的力学性能和电学性能，使其在高强度复合材料、生物相容的膜材料、集成电路的线路连接以及纳电子器件等领域具有潜在的应用。 本文通过不同能量范围内的粒子束辐照碳纳米管，研究了在不同实验参数下（粒子能量、粒子种类、辐照剂量和衬底温度等）粒子束与碳纳米管的相互作用。首先以乙炔为碳源，用热化学气相沉积的方法生长了多壁碳纳米管，然后开展了不同能量范围内的粒子束与碳纳米管的相互作用研究，重点研究了在千电子伏能量范围内的不同离子束辐照下碳纳米线、碳纳米线连接结、碳纳米线网络、碳纳米管焊接、碳纳米管网络的形成过程及其相应的机制，探讨了粒子束辐照技术实现碳纳米线、碳纳米连接结及网络形成方法的普适性。 研究结果表明在室温下用40 keV的不同种类的离子束辐照碳纳米管，实现了碳纳米线、碳纳米线连接结及网络的制备，碳纳米线网络的形成要经历碳纳米管——带有大量无序石墨碎片的碳纳米管——碳纳米线——碳纳米线连接结——碳纳米线网络等过程。而碳纳米线的形成过程要经历：碳纳米管——带有大量无序石墨碎片的碳纳米管——具有中空结构的非晶碳纳米线——实心的碳纳米线等过程，碳纳米线、碳纳米线连接结的形成过程是由离子束辐照产生大量的缺陷，在这些空位缺陷附近的石墨结构中碳原子重排导致；在实验中还实现了不同种类离子的碳纳米线、碳纳米连接结及碳纳米网络的离子注入。 在衬底加热的情况下，使用千电子伏的Si，Ar等离子束辐照多壁碳纳米管都实现了碳纳米管的焊接和碳纳米管网络的制备，可以把此方法推广到C，N，甚至元素周期表中的绝大部分原子及它们组成的分子，它们都可以实现碳纳米管的焊接和碳纳米管网络的制备，但是不同种类的离子导致形成碳纳米管焊接和网络的临界剂量有所不同，整体来说质量较大的离子需要较低的剂量，根据离子束与固体的相互作用，认为碳纳米管焊接是由相邻二根碳纳米管共同占有石墨层而形成，这些共有的石墨层来源于在离子束辐照下间隙原子的聚集和碳纳米管外部无序结构的转变；对于碳纳米管网络的制备，它是通过离子束辐照导致的碳纳米管焊接和非晶碳“包覆”形成。 最后，又简单地研究了高能H离子辐照碳纳米管实现了碳纳米管管壁外部为高sp3结构的类金刚石相管壁内部为良好石墨相的特殊结构的制备，该结构的形成是由于离子束辐照的非平衡条件下，晶体石墨相向高sp3结构的类金刚石相转变所致；并系统研究了经不同能量范围的荷能粒子束辐照不同剂量后碳纳米管场发射性能的变化规律及其相应的机制。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-11 |
| 页码 | 135 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/7166]  |
| 专题 | 上海应用物理研究所_中科院上海应用物理研究所2004-2010年 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 倪志春. 碳纳米管的荷能粒子束改性[D]. 上海应用物理研究所. 中国科学院上海应用物理研究所. 2007. |
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