掺杂改善碳纳米管电接触性能的实验研究
发布时间：2021-01-19 03:24
碳纳米管（Carbon nanotube,CNT）以其独特的力学、热学、光学和电学等性能而被广泛应用于微纳电子器件中。然而,CNT与金属间过高的接触电阻导致微纳电子器件发热,并降低器件的使用性能和寿命。因此,对CNT掺杂过渡金属元素以改善其与金属电极间的电接触性能具有重要的研究意义。采用无电沉积法对CNT进行过渡金属元素Ni的掺杂,并以金属有机骨架（Metal Organic Framework,MOF）为媒介对CNT进行过渡金属元素Co的掺杂。将CNT放入硝酸和硫酸的混酸溶液中,以在其表面引入亲水基团,使其易于实现与过渡金属元素的掺杂。对CNT掺Ni是将CNT进行一步敏化活化,引入Pd催化种子,随后将CNT超声分散于去离子水中并逐滴滴至配制好的以六水合氯化镍为主盐、二甲胺硼烷为还原剂的无电沉积液中,最终得到掺镍CNT样品。对CNT掺Co是将混酸处理后的CNT超声分散于去离子水中,并逐滴滴至配制好的以六水合硝酸钴、六水合硝酸锌为主盐、2-甲基咪唑为有机配体的MOF母体溶液中,得到MOF@CNT样品,再经氩气氛围下800°C高温热解5 h,最终获得掺钴CNT。将掺杂前后的CNT样品采用介...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CNT示意图
第1章绪论-5-1—真空计；2—进料系统；3—石墨阳极；4—接真空泵；5—惰性气体；6—水冷系统；7—石墨阴极；8—冷却循环系统；9—真空室图2石墨电弧法制备碳纳米管的设备示意图[33]Fig.2SchematicofdeviceforpreparingCNTbygraphitearcmethod[33]3）化学气相沉积法化学气相沉积法（ChemicalVaporDeposition,CVD）制备CNT，是将碳源气体（通常为甲烷及乙醇蒸汽等）经过催化剂（铁基及镍基等）的催化作用以及还原剂（氢气）的还原作用，分解生成碳原子，在炉内温度为500°C-1000°C时，于石英舟表面生成CNT，随后将CNT薄膜与石英舟分离，提纯得到CNT。图3为采用此种方法制备CNT的装置简图[34]。图3化学气相沉积法制备CNT的装置简图[34]Fig.3SchematicdiagramofCNTpreparationbychemicalvapordeposition[34]Shukrullah等[34]使用Fe2O3/Al2O3为复合催化剂，催化分解乙烯分子，在反应温度为700°C-850°C的条件下，合成平均外径为240-550nm的CNT。Yi等[35]以镧
华北理工大学硕士学位论文-6-系合金为催化剂，并以流量为50ml/min的H2作为还原剂，催化分解乙炔气体，同时在550°C的温度下保持30min，从而制备出直径为40-60nm的CNT。CVD法制备CNT的优点较多，一方面，采用CVD法制备的CNT由于在高温下对气态碳源的分解较为均匀，因此CNT的缺陷较少，石墨化程度较高；另一方面，由于蒸汽碳源的扩散，CVD法可以使CNT均匀地生长在不规则形状的载体上，从而扩大CNT的应用范围。4）激光蒸发法[36]激光蒸发法制备CNT需要在高温条件下，使用激光源照射钯体，利用激光源所产生的能量，将碳原子激发出钯体表面，经过碳原子的重组，最终制备出CNT。图4为激光蒸发法制备CNT的设备图。图4激光蒸发法制备CNT的设备图[36]Fig.4EquipmentdiagramofpreparationofCNTbylaserevaporation[36]除上述制备CNT的方法外，热解聚合法、离子辐射法、火焰法及等离子体法等也均可制备出CNT，但各有利弊，因此需合理选择制备CNT的方法。1.1.4碳纳米管掺杂本征CNT是一种高分子无机材料，表面光滑无任何基团，管与管之间具有较强的吸附力[37]，使CNT成束难以分散，降低了其比表面积，导致CNT的电化学性能变差[38]，阻碍了CNT在相关领域的应用。理论和实验研究表明，对CNT进行掺杂可以改变其物理和化学等各项性能，进而提高基于CNT器件的性能[39,40]。为此，研究人员投入了相当多的精力并取得大量研究成果[41-44]。Zhao等[45]在镍基体上直接生长掺杂CNT用来制备电容器，发现对CNT进行掺杂会引入缺陷，改变
本文编号：2986238
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CNT示意图
第1章绪论-5-1—真空计；2—进料系统；3—石墨阳极；4—接真空泵；5—惰性气体；6—水冷系统；7—石墨阴极；8—冷却循环系统；9—真空室图2石墨电弧法制备碳纳米管的设备示意图[33]Fig.2SchematicofdeviceforpreparingCNTbygraphitearcmethod[33]3）化学气相沉积法化学气相沉积法（ChemicalVaporDeposition,CVD）制备CNT，是将碳源气体（通常为甲烷及乙醇蒸汽等）经过催化剂（铁基及镍基等）的催化作用以及还原剂（氢气）的还原作用，分解生成碳原子，在炉内温度为500°C-1000°C时，于石英舟表面生成CNT，随后将CNT薄膜与石英舟分离，提纯得到CNT。图3为采用此种方法制备CNT的装置简图[34]。图3化学气相沉积法制备CNT的装置简图[34]Fig.3SchematicdiagramofCNTpreparationbychemicalvapordeposition[34]Shukrullah等[34]使用Fe2O3/Al2O3为复合催化剂，催化分解乙烯分子，在反应温度为700°C-850°C的条件下，合成平均外径为240-550nm的CNT。Yi等[35]以镧
华北理工大学硕士学位论文-6-系合金为催化剂，并以流量为50ml/min的H2作为还原剂，催化分解乙炔气体，同时在550°C的温度下保持30min，从而制备出直径为40-60nm的CNT。CVD法制备CNT的优点较多，一方面，采用CVD法制备的CNT由于在高温下对气态碳源的分解较为均匀，因此CNT的缺陷较少，石墨化程度较高；另一方面，由于蒸汽碳源的扩散，CVD法可以使CNT均匀地生长在不规则形状的载体上，从而扩大CNT的应用范围。4）激光蒸发法[36]激光蒸发法制备CNT需要在高温条件下，使用激光源照射钯体，利用激光源所产生的能量，将碳原子激发出钯体表面，经过碳原子的重组，最终制备出CNT。图4为激光蒸发法制备CNT的设备图。图4激光蒸发法制备CNT的设备图[36]Fig.4EquipmentdiagramofpreparationofCNTbylaserevaporation[36]除上述制备CNT的方法外，热解聚合法、离子辐射法、火焰法及等离子体法等也均可制备出CNT，但各有利弊，因此需合理选择制备CNT的方法。1.1.4碳纳米管掺杂本征CNT是一种高分子无机材料，表面光滑无任何基团，管与管之间具有较强的吸附力[37]，使CNT成束难以分散，降低了其比表面积，导致CNT的电化学性能变差[38]，阻碍了CNT在相关领域的应用。理论和实验研究表明，对CNT进行掺杂可以改变其物理和化学等各项性能，进而提高基于CNT器件的性能[39,40]。为此，研究人员投入了相当多的精力并取得大量研究成果[41-44]。Zhao等[45]在镍基体上直接生长掺杂CNT用来制备电容器，发现对CNT进行掺杂会引入缺陷，改变
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