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阵列碳纳米管的制备及其应用研究

发布时间:2018-11-05 17:58
【摘要】:本文采用管式炉装置利用化学气相沉积(CVD)法,以二甲苯为碳源,二茂铁为催化剂前躯体,在球面半径分别为0.5mm、1mm、1.5mm的石英基底上制备锥向阵列碳纳米管,利用透射电镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)等对锥向阵列碳纳米管的形貌与结构进行表征。结果发现,随着曲率半径的增加,锥向阵列碳纳米管的定向性逐渐变差;在曲率半径为0.5mm的半球面上制备的锥向阵列碳纳米管具有较好的锥形,定向性良好,管身平直且缺陷少,无定形杂质少。另外在高能输运电子中碳纳米管的管径需要得到控制,本文还研究了CO2氧化对阵列碳纳米管结构和性能的影响,利用扫描电子显微镜、透射电镜、能谱、X射线衍射仪、拉曼光谱等仪器对样品形貌及结构进行表征,还采用磁滞回线测试被氧化后的阵列碳纳米管的磁性。结果发现,在相同条件下,随着通二氧化碳时间的增加,阵列碳纳米管的管壁被刻蚀的越来越薄,其中碳纳米管的管径越来越小;在相同条件下,随着二氧化碳对碳纳米管氧化时间的增加,氧化生成的铁氧化物也增加,导致氧化后的阵列碳纳米管的磁性增强。最后为了拓展碳纳米管的应用,本文研究了掺杂碳纳米管对炭气凝胶电极材料的影响,主要采用化学气相沉积法制备得到的阵列碳纳米管,用3:1的硫酸与硝酸混合液对其氧化后与炭气凝胶混合,制备碳纳米管掺杂炭气凝胶新型材料(CA/CNT),由于其多孔结构和高的比表面积,CA/CNT显示优越的电容行为,在同一扫描速度(10m V/s)下CA/CNT电极电容可以达到超过80 F/g而CA的电极电容只有60 F/g,对其电化学性能进行研究,CA/CNT材料因其良好的电化学性能,因此可作为制备超级电容器的电极材料。
[Abstract]:In this paper, using the chemical vapor deposition (CVD) method in a tube furnace, using xylene as the carbon source and ferrocene as the catalyst, the cone array carbon nanotubes were prepared on a quartz substrate with a spherical radius of 0.5 mm ~ 1 mm ~ (-1) mm ~ (1.5 mm), respectively. The morphology and structure of conical arrayed carbon nanotubes were characterized by transmission electron microscope (TEM),) scanning electron microscope (SEM),) Raman spectrometer (Raman) et al. The results show that with the increase of curvature radius, the directionality of conical array carbon nanotubes becomes worse. The conical arrayed carbon nanotubes prepared on the hemispherical surface with a radius of curvature of 0.5mm have good conical shape, good orientation, flat body, less defects and less amorphous impurities. In addition, the diameter of carbon nanotubes needs to be controlled in high energy electron transport. The effect of CO2 oxidation on the structure and properties of carbon nanotubes array is also studied, using scanning electron microscope, transmission electron microscope, energy spectrum, X-ray diffractometer. Raman spectroscopy and other instruments were used to characterize the morphology and structure of the samples. Magnetic hysteresis loop was used to measure the magnetic properties of the oxidized arrayed carbon nanotubes (CNTs). The results show that under the same conditions, the wall of arrayed carbon nanotubes becomes thinner and thinner, and the diameter of carbon nanotubes becomes smaller and smaller with the increase of carbon dioxide opening time. Under the same conditions, with the increase of the oxidation time of carbon nanotubes, the iron oxides produced by oxidation also increase, which leads to the enhancement of magnetic properties of the carbon nanotubes after oxidation. Finally, in order to expand the application of carbon nanotubes, the effect of doped carbon nanotubes on carbon aerogel electrode materials was studied. Carbon nanotube doped carbon aerogel (CA/CNT) was prepared by oxidation of 3:1 sulfuric acid and nitric acid mixture with carbon aerogel. Due to its porous structure and high specific surface area, CA/CNT showed superior capacitance behavior. At the same scanning rate (10 MV / s), the capacitance of CA/CNT electrode can reach more than 80 F / g, but the capacitance of CA is only 60 F / g. The electrochemical performance of CA/CNT material is studied because of its good electrochemical performance. Therefore, it can be used as electrode material for the preparation of supercapacitors.
【学位授予单位】:西南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ127.11;TB383.1

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本文编号:2312874

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