阵列式碳纳米管雷达波吸收性能研究

研究了阵列式碳纳米管的雷达波吸收性能.采用化学气相沉积(CVD)工艺制备阵列式碳纳米管薄膜,并采用SEM 和TEM 对其进行观测.观测显示:阵列式碳纳米管薄膜中碳纳米管排列规则,有很好的定向性,直径30～50 nm.阵列式碳纳米管薄膜平铺在铝板上并用环氧树脂固定制成试样,采用反射率扫频测量系统HP8757E矢量网络分析仪检测阵列式碳纳米管吸波性能.结果表明:阵列式碳纳米管在2～18 GHz频段的较高频段表现出良好的吸波性能.吸波性能随薄膜厚度不同而改变.阵列式碳纳米管薄膜厚度为0.2 mm 时,雷达波吸收性能最佳,峰值R为-15.87 dB,波峰出现在17.83 GHz,带宽分别为4.25 GHz(R<-10 dB)和6.40 GHz(R<-5 dB).     

火焰热解法生长定向碳纳米管

本文研究了火焰热解法的碳纳米管制备实验(催化剂为Fe/Mo/Al2O3),发现在火焰热解法条件下碳纳米管阵列可在火焰热解腔中定向生长,产物较为整齐,碳管形态较好.本课题组之前在电场作用下采用Fe(CO)5为催化剂,在V型体火焰中亦可制得碳纳米管阵列,对比两者发现热解腔内制得阵列碳纳米管长度较长,定向性更优;而电场作用下的V型体火焰中制得阵列中的碳纳米管较直.进而,在火焰热解法制备中施加电场,发现随电压增加,碳纳米管阵列更直,碳管长度和产量明显增长.     

催化剂膜厚对碳纳米管薄膜生长的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,以Ni为催化剂,在Si基底上沉积出定向性良好的碳纳米管.用扫描电镜表征了催化剂颗粒大小和相应的碳纳米管形貌.深入研究了催化剂膜厚对碳纳米管牛长的影响.结果表明:不同度的催化剂薄膜经刻蚀形成的颗粒密度、尺寸、分布等对碳纳米管的合成质量起主要作用.催化剂厚度≤5 nm时,形成的颗粒密度较小而且分布不均,制备的碳纳米管产量低、定向性差.催化剂厚度≥15 nm时,形成的颗粒较大,粘连在一起,生长时大部分被非晶碳包覆,几乎没有碳纳米管的生长.催化剂厚度为10 nm时,形成的颗粒密度大、分布较均,制备的碳纳米管纯度高、定向性好.     

铁催化薄膜的微观结构对碳纳米管阵列生长的影响

本文利用热化学气相沉积法（TCVD）,系统地研究了NH3预处理对硅基底上沉积的催化剂铁膜的结构及所制备的碳纳米管形态的影响。研究结果表明,利用氨气对硅基底上的催化剂铁膜进行适当的预处理不仅可以将催化剂颗粒细化,还可以使催化剂在碳纳米管的制备过程中保持较高的催化活性,促进分解出的活性碳原子在催化剂中扩散和析出,增强碳纳米管的成核和生长,从而合成出纯度较高、定向性好的碳纳米管阵列。     

微锥阵列对碳纳米管薄膜强流脉冲发射的影响

采用酞菁铁高温热解方法,以化学镀铜层为缓冲层,在具有微锥结构阵列的硅基底上制备了CNTs薄膜,并采用二极结构,在20 GW脉冲功率源系统中对其强流脉冲发射特性进行了测试.结果表明:在相同的峰值电场下,CNT薄膜的发射电流峰值随基底微结构单元尺寸的减小而增大,且当脉冲电场的峰值增加时,CNT薄膜的发射电流的峰值增长速度随基底微结构单元尺寸的减小而增大.结合利用有限元分析软件ANSYS模拟计算的微锥阵列结构上表面的电场分布,研究了不同单元尺寸的微锥阵列对碳纳米管薄膜强流脉冲发射能力的影响.     

两种微结构阵列上碳纳米管薄膜强流脉冲发射比较

为比较不同微结构对于碳纳米管冷阴极电流发射能力的增强效果,采用酞菁铁高温热解方法,以化学镀铜层为缓冲层在两种不同单元尺度的微结构阵列的硅基底上制备了CNTs薄膜,并在20 GW脉冲功率源系统中采用二极结构对其强流脉冲发射特性进行了比较研究.基底微结构阵列的单元尺度为10 μm×20μm(其中微锥底边长为20μm,单元节距为30 μm)和20 μm × 20 μm.结果表明:在相同的峰值电场下,基底微结构阵列的单元尺度越小,CNTs薄膜的强流脉冲发射电流越大;且随着峰值电场的增加,单元尺度越小,CNTs薄膜的发射电流的增长速度越快.     

沉积温度对PECVD制备碳纳米管形貌的影响

采用等离子体增强化学气相沉积技术,以C2H2、H2和N2为反应气体,在镀Ni催化剂的Si基底上成功制备出多壁碳纳米管薄膜.采用扫描电镜研究了沉积温度对碳管形貌的影响,进一步通过扩散机制分析了多种形貌CNTs的生长机制.结果表明:沉积温度对催化剂的刻蚀和碳纳米管薄膜的形成起着决定作用,获得定向性良好、分布均匀、密度适中的碳纳米管的最佳温度是700℃.     

大面积球面金刚石膜的均匀沉积研究

利用直流电弧等离子体喷射法沉积装置在底径65 mm、高5 mm的Mo球面衬底上制备出厚度大于500 μm金刚石膜.用千分尺测量膜径向厚度以判断膜厚均匀性,用SEM观察膜的表面形貌,用拉曼谱仪测量膜的表面纯度,通过分析电镜形貌和拉曼谱峰的分布特点来判断金刚石膜的质量均匀性.结果表明,在优化工艺条件下,直流电弧等离子体喷射法设备可以在球面Mo衬底上生长出厚度和质量都比较均匀的半透光的自支撑球面金刚石厚膜.     

阵列式碳纳米管微波受激发射光子

采用化学气相沉积工艺(CVD)制备阵列式碳纳米管(ACNT)薄膜并检测薄膜的微波性能.当ACNT薄膜受到微波照射时,强烈地发射光子,产生耀眼的的白光,红外测温仪显示温度高达1200℃,但ACNT并不氧化燃烧.ACNT薄膜经球磨成粉状后,光子发射性能消失,在微波照射下 ACNT粉末和普通碳纳米管(MWCNT)表现相近,吸收微波能量后开始燃烧并发出红色的火焰,实测温度为720℃.研究显示ACNT具有优异的场发射性能.     

热解火焰法制备碳纳米管:氧炔焰温度与取样高度的影响

以甲烷为碳源、Fe/Mo/Al2O3为载体催化剂,应用热解火焰法制备碳纳米管.研究了氧炔焰温度和取样高度对碳纳米管合成的影响.取样高度为80 mm时,以外围氧炔焰温度940℃、1010℃、1100℃进行了3组实验.结果表明:随氧炔焰温度升高,碳纳米管产量增加且管径明显变细.氧炔焰温度为1100℃时最适宜碳纳米管的生长.当氧炔焰温度为1100℃时,取样高度为80 mm时产量相对于取样高度60 mm时更大.但取样高度为60 mm时合成的碳纳米管更加笔直.不同取样高度下均制得了双壁碳纳米管.