金属基底的碳纳米管制备及其性能测试

发布时间：2017-08-28 10:59

  本文关键词：金属基底的碳纳米管制备及其性能测试

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【摘要】：在金属基底上生长高密度的碳纳米管一直被设想应用于微电子的散热器中,这不仅要求碳纳米管垂直定向的生长,使直接与金属基底接触,以保持一个很好的热力传输过程,还要求碳纳米管具有较高的密度,这样与金属相比才有运输价值。本文利用原子层沉积在金属基底上制备密度均匀、表面形貌良好的取向为(110)的氮化铝薄膜,再利用磁过滤金属蒸汽真空弧离子沉积系统在氮化铝表面分别沉积了催化铁和催化剂镍,之后通过水辅助化学气相沉积法,在乙炔:氢气=120:400sccm的条件下,成功地在金属基底上制备了定向碳纳米管。研究表明,催化剂镍纳米颗粒在碳纳米管生长阶段始终保持金属状态,催化生长的碳纳米管为顶部生长机制,直径在20nm左右。催化剂铁纳米颗粒部分被氧化,催化生长的碳纳米管为根部生长机制,直径在20nm左右,长度更长。将制备的定向碳纳米管作为场发射阴极进行场发射性能测试,以铜箔为基底,催化剂为铁的碳纳米管阵列的开启电场为2.036V/μm,阈值电场为3.478V/μm;而以铜箔为基底,催化剂为镍的碳纳米管阵列的开启电场为3.353V/μm,阈值电场为5.853V/μm。将制备的定向碳纳米管作为锂离子电池的负极材料,进行锂离子电池性能测试,定向碳纳米管的首次放电容量高达752.81mA/g,且具有良好的循环性能。
【关键词】：定向碳纳米管 氮化铝 化学气相沉积
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 碳纳米管的简介7-9
• 1.1.1 碳纳米管的结构及性能7-8
• 1.1.2 碳纳米管的制备方法8-9
• 1.1.3 碳纳米管的生长机制和生长机理9
• 1.2 金属基底生长碳纳米管的必要性9-11
• 1.3 本论文的研究内容及主要意义11-13
• 第二章 实验过程及样品表征13-21
• 2.1 实验过程13-17
• 2.1.1 金属基底的制备13
• 2.1.2 基底的清洗及保存13
• 2.1.3 原子层沉积制备过渡层AlN13-14
• 2.1.4 催化剂的制备14-16
• 2.1.5 CVD制备碳纳米管16-17
• 2.2 样品表征17-21
• 2.2.1 样品的结构表征17-18
• 2.2.2 样品的性能表征18-21
• 第三章 金属基底制备碳纳米管的前期条件21-27
• 3.1 在金属基底制备碳纳米管的现状21-22
• 3.2 过渡层的选择22
• 3.3 氮化铝薄膜的表面形貌及结构分析22-26
• 3.3.1 硅衬底的氮化铝薄膜22-24
• 3.3.2 铜箔衬底的氮化铝薄膜24-25
• 3.3.3 不锈钢衬底的氮化铝薄膜25-26
• 3.4 本章小结26-27
• 第四章 金属基底的碳纳米管制备27-44
• 4.1 硅基底的碳纳米管制备27-29
• 4.1.1 实验目的27
• 4.1.2 碳氢比例对碳纳米管的影响27-29
• 4.2 催化剂的形貌29-35
• 4.2.1 催化剂SEM29-31
• 4.2.2 催化剂AFM31-32
• 4.2.3 催化剂XPS32-35
• 4.3 催化剂Ni上生长碳纳米管35-38
• 4.3.1 铜箔基底生长碳纳米管35-37
• 4.3.2 不锈钢基底生长碳纳米管37-38
• 4.4 催化剂Fe上生长碳纳米管38-41
• 4.4.1 铜箔基底生长碳纳米管38-39
• 4.4.2 不锈钢基底的碳纳米管生长39-41
• 4.5 拉曼图谱的对比41-42
• 4.6 缓冲层的重要性42-43
• 4.7 本章小结43-44
• 第五章 金属基底碳纳米管阵列的性能测试44-50
• 5.1 场发射性能测试44-46
• 5.2 锂离子电池性能测试46-50
• 第六章 总结与展望50-52
• 6.1 总结50-51
• 6.2 展望51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-57

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本文编号：747704