气流波动法实现铁填充碳纳米管以及分支碳纳米管的可控制备课件

气流波动法实现铁填充碳纳米管以及分支碳纳米管的可控制备

碳纳米管填充技术简介

毛细管作用填充

原位填充气流波动法在碳纳米管填充的应用展望主要内容碳纳米管填充nanowiresvariousforeignelementsorcompoundstheinnercavityofthecarbonnanotubesnanosizetesttubesnanostoragemediaIijimaS.Nature，1991,354,56-58AjayanPM,IijimaS.Nature，1993,361,333-335已在碳纳米管内达成填充的元素在周期表中的分布

30多种元素——单质或化合物形态（氧化物、碳化物、氯化物及部分硫化物、硝酸盐等其它盐类）

填充方法

原位填充毛细管作用填充填充机制两步法(openingfilling)固相熔融法，液相湿化学法，电弧放电法，催化热解法模板法，电解熔盐法新颖方法传统方法两步法填充碳纳米管示意图发生毛细管作用的前提Δp为气液界面的压力差，γ为液体表面张力，θ为液固接触角，γSV为固气表面张力，γSL为固液界面张力，r为毛细管的曲率半径。Laplace方程结论：填充物质的固液界面张力γSL越小，接触角θ就越小，就越容易发生毛细管作用进而填充进入碳纳米管内腔。cut-offvalueat100~200mN/mnowettingwettingTsangSC,ChenYK，HarrisPJF，Nature,1994,372,159-162DujardinE,EbbesenTW，HiuraH.Science,1994,265,1850-1852原位填充法化学气相沉积法Ni填充的针状结构Fe填充多壁碳纳米管GrobertN,TerronesM,Appl.Phys.,1998,67(A),1998,67(A),595SinhaAK,HwangDW,HwangLP.Chem.Phys.Lett.,2000,332,455PradhanBK,TobaT,KyotaniT,Chem.Mater.,1998,10,2510WuHQ,WeiXW,ShaoMW,J.Mater.Chem.,

2002,12(6),1919气流波动法实验装置图Method:sequentialflowfluctuationsatequalintervalsduringacatalyticchemicalvapordeposition(CVD)processSubstrate:Al2O3carbonsourceandcatalyst:iron(II)phthalocyanine(FePc)WeiDC,CaoLC,FuL,LiuYQ,Adv.Mater.,2007,19,386WeiDC,LiuYQ,CaoLC,etal.NanoLett.,2006,

6,186WeiDC,LiuYQ,CaoLC,FuL,JACS,2007,129,7364(b)在Al2O3衬底上得到铁填充CNTs的SEM图(c、d)铁填充CNTs的TEM图(e)铁填充CNTs的HRTEM图气流波动法得到的铁填充碳纳米管气流波动时间间隔：a)0.5,b)1,c)2,andd)4min

铁粒子位置间隔:a)256nm,b)690nm,c)1.2um,andd)2.3um气流波动的时间间隔对铁粒子位置的影响气流波动法实现铁填充碳纳米管的机理F1andF2indicatetheadhesionforcesofCNTwallsandthesubstrate,respectively.SiO2衬底Inasteadyflowof40sccmH2withoutflowfluctuation,averticalarrayofCNTsgasflowfluctuatescontinuouslyinthewholereactionprocess,high-yieldbranchedjunctions“Y”junctions(Figurec),multiterminaljunctions(Figured),multilevelbranchedjunctions(Figuree),and“V”junctions(Figuref).分支碳管的类型γ为液体表面张力，θ为液固接触角T=923K,γ=2.387Nm-1SiO2Al2O3CNTscontactanglesWad=3.756,0.558,1.018Nm–1SiO2上，Wad(Fe/SiO2)>>Wad(Fe/CNTs)Al2O3上，Wad(Fe/Al2O3)<Wad(Fe/CNTs)气流波动中不同衬底的影响Al2O3衬底SiO2衬底F1andF2indicatetheadhesionforces