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

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(Al2O3、ZnO、MoS2)，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Al2O3，制备了非晶态核壳结构的柔性自支撑的SA-CNTs/Al2O3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/Al2O3复合薄膜加捻成纤维的力学性能应力为25 MPa，应变8%。
　　2.对非晶态的SA-CNTs/Al2O3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Al2O3纳米管薄膜，处理温度≥1000℃时，Al2O3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，Al2O3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MoS2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MoS2纳米结构。结果发现，反应温度在650℃时得到MoS2纳米花，在750℃时得到MoS2纳米管，在850℃时得到MoS2纳米片。此外，研究发现在850℃时获得片层少的MoS2纳米片其性能更为优异。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 SA-CNTs薄膜的制备

1.3 基于SA-CNTs复合薄膜的研究现状

1.4 CNTs表面组装化合物的方法

1.5 课题研究内容及技术路线

第2章 SA-CNTs/Al2O3复合薄膜的自组装及性能研究

2.1 CNTs表面自组装Al2O3的简介

2.2 实验部分

2.3 SA-CNTs/Al2O3复合薄膜的表征

2.4 SA-CNTs/Al2O3复合薄膜的性能分析

2.5 导电SA-CNTs/Al2O3/PDA纤维的应用

2.6 本章小结

第3章 高温处理非晶态SA-CNTs/Al2O3复合薄膜

3.1 实验部分

3.2 SA-Al2O3纳米管薄膜的表征和性能分析

3.3 SA-Al2O3纳米管薄膜的高温晶化

3.4 本章小结

第4章 SA-CNTs/ZnO复合薄膜的自组装及性能研究

4.1 实验部分

4.2 SA-CNTs表面可控自组装ZnO纳米颗粒

4.3 SA-CNTs表面自组装ZnO纳米颗粒的参数调控

4.4 SA-CNTs/ZnO复合薄膜的晶体结构

4.5 SA-CNTs/ZnO复合薄膜的发光性能

4.6 本章小结

第5章 SA-CNTs/MoS2复合薄膜的自组装

5.1 实验部分

5.2 实验过程

5.3 沉积温度对纳米MoS2形貌结构的影响

5.4 应用展望

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢

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