碳纳米管制备及其生长机制研究

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碳纳米管制备及其生长机制研究

张红丹，邹小平，程进，任鹏飞，李飞，王茂发，朱光

（北京信息．Ｔ－程学院传感技术研究中ｍ，北京１００１０１）

摘要：采用乙醇催化燃烧法，以钴盐作为催化剂先体、薄铜片作为基底制备碳纳米管。分别以氯化钴、硝酸钴和硫酸钴作为催化剂先体，研究了不同催化剂先体对碳纳米管生长的影响；利用扫描电镜，透射电镜对碳纳米材料的形貌和结构进行了表征，研究了不同钴盐的催化荆先体对碳纳米管形态与结构的影响，讨论了碳纳米管的生长机制。实验发现，其他制备备件相同，当催化剂先体为氯化钴时，碳纳米管与大量絮状杂质缠绕在一起｝当催化剂先体为硝酸钴时，碳纳米菅容易形成弯曲、不规则的波浪形结构Ｉ而当催化剂先体为硫酸钴时，实验所得的碳纳米材料几乎全为取向规则、直

径均一的碳纳米纤维，只观察到少量碳纳米管。关键词：碳纳米管；碳纳米纤维１催化荆先体

中围分类号：ＴＢ３８３文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７７６（２００７）０７／０８－００６０－０３

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１引言

碳纳米管自１９９１年被发现以来‘“，其独特的性

收穑日期：２（ｇ）７－０５—１０

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学、电学和热学性能。目前，人们已经在多个领域展

基盒项目：北京市留学归国人员科技活动择优资助项目（６６０６２０２１）

微纳电子技术２００７年第７／８期●‘互》施一ｎｍ。。＆。‰。。蕊“。。幻∥ＪｕＩｙ～Ａｕｇｕｓｔ

万方数据　

２００７

碳纳米管的特性

开了对碳纳米管的研究，例如：高传导和高强度的复后将其反应面向下放人火焰焰心位置，保持约１０

合材料‘“、纳米镊子［３３、半导体器件［４３、催化剂‘５１和

ｍｉｎ后取出。这时基底上将获得一层黑色絮状物

场发射显示器［６３等。同时，碳纳米管的制备工艺也质，即为我们所希望的碳纳米材料。利用ＨＩＴＡ—

得到了广泛研究，如石墨电弧放电口］，激光蒸发口］，

ＣＨＩＳ－４３００型场发射ＳＥＭ，ＰｈｉｌｉｐｓＴｅｃｎａｉ２０型场

化学气相沉积［９１等方法。本文报道了用乙醇催化燃

发射ＴＥＭ对样品的形貌、尺寸及结构进行分析。

烧法制备碳纳米管，引入钴盐作为催化剂先体，薄铜

片作为基底，乙醇作为碳源。为了更加明确碳纳米２结果与讨论

管的生长机制，分别以氯化钻、硝酸钴和硫酸钴作为图１（ａ）是当催化剂先体为氯化钴时燃烧产物

催化剂先体，来研究不同催化剂对碳纳米管生长的的典型扫描电镜照片，具有以下特点：产物中只有少

影响。利用扫描电镜，透射电镜对制备出的产物进

量的纤维状碳纳米材料存在并且与大量絮状杂质缠行了表征。

绕在一起，形成微米级团簇，分散性较差。图１（ｂ）

实验采用酒精灯作为燃烧装置，采用乙醇作为是以硝酸钴为催化剂先体制备的样品形貌，可以观碳源。将直径约为１ｃｎｌ的铜片放人烧杯中，加入丙察到样品含有大量纤维状物质，并大多数碳纳米纤酮进行超声清洗约１０ｒｎｉｎ，经去离子水冲洗后晾干维具有曲率较大的波浪形形貌，纤维直径分布不均，

以备做基底材料。分别将氯化钴、硝酸钴、硫酸钴溶为５０～３００ｎｍ。图１（ｃ）是以硫酸钴为催化剂先体于无水乙醇中，配置成１ｍｏｌ／Ｌ的催化剂先体溶液，制备的碳纳米材料形貌，与图１（ａ）。（ｂ）相比，该样然后涂敷在干燥后的基底材料上。待基底自然晾干

品中的碳纳米纤维取向规则、直径均匀。

（ａ）氯化钴为催化剂先体（ｂ）硝酸钴为催化剂先体

（ｃ）硫酸钻为催化剂先体

凰１不同催化荆先体制备的碳纳米材料扫描电镜照片

图２是用不同催化剂先体制备的碳纳米管的透

率较大的波浪形结构，但直径分布很不均匀，图２射电镜照片。观察发现，催化剂先体种类的不同对（ｂ）所示是一根直径为５０ｎｒｎ的碳纳米管；而当催燃烧产物的内部结构也有影响。当催化剂先体为氯化剂先体为硫酸钴时，产物中主要是实心的碳纳米纤

化钴时，观察视场内只有少量碳纳米管，并且缺陷较维，如图２（ｃ）所示，样品中碳纳米纤维的直径分布均

多，管壁不规则，其外径主要分布为１００～２００

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