超顺排碳纳米管与几种化合物复合薄膜的制备、表征及性能研究

发布时间：2017-08-22 00:31

  本文关键词：超顺排碳纳米管与几种化合物复合薄膜的制备、表征及性能研究

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【摘要】：碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)是一种具有特殊结构和性质的一维纳米材料,因其独特的一维管状结构决定了其特殊的物理、化学和生物性能,在能源、环境、生物医学、电子材料和复合材料等诸多领域得到了广泛的应用。近年来,研究者对纳米碳材料的微结构控制和功能改性做出了多方面的尝试和努力。其中,研究人员尝试将CNTs与多种化合物(Compounds,简称CP)进行复合以达到整合结构和性能的目的,但是在合成过程中获得结构有序和性能优化的轻质、柔性的复合薄膜器件仍面临着巨大的挑战。基于以上研究背景,本文尝试以一维有序自支撑的超顺排碳纳米管(Super-aligned CNTs,简称SA-CNTs)薄膜为基底,通过物理、化学方法在SA-CNTs薄膜表面自组装CP(Al_2O_3、ZnO、MoS_2),获得结构有序的纳米复合薄膜,并对样品进行结构表征及性能测试。具体研究内容涉及以下四个方面:1.采用原子层沉积技术在SA-CNTs薄膜表面自组装Al_2O_3,制备了非晶态核壳结构的柔性自支撑的SA-CNTs/Al_2O_3复合薄膜,该薄膜在紫外—可见光范围内透光率从10%-70%呈线性增加,由SA-CNTs/Al_2O_3复合薄膜加捻成纤维的力学性能应力为25MPa,应变8%。2.对非晶态的SA-CNTs/Al_2O_3复合薄膜进行高温处理,经700℃处理后CNTs被氧化获得自支撑的Al_2O_3纳米管薄膜,处理温度≥1000℃时,Al_2O_3由非晶态纳米管向晶态纳米棒转变,在紫外—可见光范围内透光率随波长的增加线性增加,并且晶态透光率低于非晶态,Al_2O_3纤维的力学性能随处理温度的升高呈递减趋势。3.采用化学气相沉积技术在SA-CNTs薄膜表面自组装高纯度纳米ZnO,通过对沉积温度、沉积时间以及前驱体用量沉积参数的调控,结果表明当沉积温度为180℃、前驱体质量为0.3g和沉积时间为30 min时可以获得结构和形态上较优异的SA-CNTs/ZnO复合薄膜(面积4 cm×4 cm),且SA-CNTs/ZnO复合薄膜具有光致发光和阴极射线发光的性质,退火处理使得蓝光激发峰增强且成为主要激发光。4.采用化学气相沉积技术在SA-CNTs薄膜表面自组装MoS_2纳米结构。通过调节反应温度,在SA-CNTs薄膜表面获得不同结构类型的MoS_2纳米结构。结果发现,反应温度在650℃时得到MoS_2纳米花,在750℃时得到MoS_2纳米管,在850℃时得到MoS_2纳米片。此外,研究发现在850℃时获得片层少的MoS_2纳米片其性能更为优异。
【关键词】：SA-CNTs CP 自组装 表征 性能研究
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 SA-CNTs薄膜的制备12-13
• 1.2.1 SA-CNTs的简介12-13
• 1.2.2 可纺丝CNTs阵列的制备13
• 1.3 基于SA-CNTs复合薄膜的研究现状13-16
• 1.3.1 驱动器13-14
• 1.3.2 柔性透明导电电极14-15
• 1.3.3 超级电容器15
• 1.3.4 传感器15
• 1.3.5 太阳能电池15-16
• 1.4 CNTs表面组装化合物的方法16-19
• 1.4.1 原子层沉积16-17
• 1.4.2 化学气相沉积17-18
• 1.4.3 水热合成18-19
• 1.5 课题研究内容及技术路线19-22
• 1.5.1 研究内容19-20
• 1.5.2 技术路线20-21
• 1.5.3 主要创新点21-22
• 第2章 SA-CNTs/Al_2O_3复合薄膜的自组装及性能研究22-33
• 2.1 CNTs表面自组装Al_2O_3的简介22-24
• 2.1.1 原子层沉积的原理22-23
• 2.1.2 CNTs表面原子层沉积Al_2O_3的机理23-24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 实验材料24
• 2.2.2 实验设备24
• 2.2.3 SA-CNTs/Al_2O_3复合薄膜的制备24-26
• 2.3 SA-CNTs/Al_2O_3复合薄膜的表征26-29
• 2.3.1 元素组成表征26
• 2.3.2 形貌结构表征26-29
• 2.4 SA-CNTs/Al_2O_3复合薄膜的性能分析29-31
• 2.4.1 力学性能分析29-30
• 2.4.2 光学性能分析30-31
• 2.5 导电SA-CNTs/Al_2O_3/PDA纤维的应用31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 高温处理非晶态SA-CNTs/Al_2O_3复合薄膜33-46
• 3.1 实验部分33-35
• 3.1.1 实验材料33-34
• 3.1.2 实验设备34
• 3.1.3 高温处理SA-CNTs/Al_2O_3复合薄膜34-35
• 3.2 SA-Al_2O_3纳米管薄膜的表征和性能分析35-40
• 3.2.1 形貌结构表征35-36
• 3.2.2 元素组成表征36-38
• 3.2.3 力学性能分析38-39
• 3.2.4 光学性能分析39-40
• 3.3 SA-Al_2O_3纳米管薄膜的高温晶化40-45
• 3.3.1 形貌结构表征40-42
• 3.3.2 晶体类型分析42-43
• 3.3.3 力学性能分析43-44
• 3.3.4 光学性能分析44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 SA-CNTs/ZnO复合薄膜的自组装及性能研究46-56
• 4.1 实验部分46-47
• 4.1.1 实验材料46
• 4.1.2 实验设备46-47
• 4.2 SA-CNTs表面可控自组装ZnO纳米颗粒47-48
• 4.2.1 化学气相沉积47
• 4.2.2 实验过程47-48
• 4.3 SA-CNTs表面自组装ZnO纳米颗粒的参数调控48-51
• 4.3.1 沉积温度对ZnO纳米颗粒的影响48-50
• 4.3.2 沉积时间对ZnO纳米颗粒的影响50
• 4.3.3 前驱体用量对ZnO纳米颗粒的影响50-51
• 4.4 SA-CNTs/ZnO复合薄膜的晶体结构51-53
• 4.5 SA-CNTs/ZnO复合薄膜的发光性能53-54
• 4.6 本章小结54-56
• 第5章 SA-CNTs/MoS_2复合薄膜的自组装56-61
• 5.1 实验部分57
• 5.1.1 实验材料57
• 5.1.2 实验设备57
• 5.2 实验过程57-58
• 5.3 沉积温度对纳米MoS_2形貌结构的影响58-60
• 5.4 应用展望60
• 5.5 本章小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-70
• 致谢70-71
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录71

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6 司e，

本文编号：716065