碳纳米管在太阳能电池中的应用研究进展

碳纳米管(CNTs)由于具有独特的一维结构、良好的化学稳定性、优异的电荷传导性能以及独特的光电性能,近些年被广泛应用于太阳能电池材料。综述了CNTs在聚合物太阳能电池、染料敏化太阳能电池以及无机太阳能电池中的应用研究进展。

碳化硼纳米线的制备和结构

以碳纳米管为模板,通过加热碳纳米管与硼粉的混合物,获得了笔直的硼碳纳米线.对纳米线的结构和成分进行研究,结果表明纳米线主要为B4C纳米线.在部分B4C纳米线的端部存在Ni颗粒,这些端部具有Ni颗粒的纳米线构成了纳米磁针.讨论了B4C纳米线的生长机制,B4C纳米线的生长主要为硼原子在碳纳米管中扩散并发生化学反应,使得碳纳米管晶格结构发生重组,形成B4C纳米线.反应后,硼原子部分取代了碳纳米管中碳原子,修补了碳纳米管中的晶格缺陷,获得了形态笔直的B4C纳米线.

填充α-Fe碳纳米管的电磁性能研究

通过热解二茂铁的工艺简便地制备了填充有α-Fe纳米线的碳纳米管(记为FCNT),铁纳米线的长度在30～500nm之间.碳纳米管的保护作用可以使铁纳米线的抗氧化能力得到提高,测试了所得FCNT产物与石蜡组成的复合材料在2～18GHz频段的介电谱和磁谱,并计算和测试了其吸波性能.与普通碳纳米管相比,FCNT产物的介电常数实部和虚部均有较大提高;FCNT产物的磁导率实部也比普通碳纳米管高,但虚部值在2～13GHz频段略低;FCNT吸波涂层在频率为3.5和5.0GHz处分别有两个较强的吸收峰,其强度值分别为-3.9和-4.0dB,表明这种新型吸收剂有望在2～4GHz频段实现对电磁波的有效吸收.

复合超疏水表面制备及其上液滴运动特性研究

采用光刻法制备出微米尺度的硅微方柱结构,并利用化学气相沉积的方法在其上可控地生长定向碳纳米管,由此制备出具有可控比例微纳二级结构的超疏水表面.通过扫描电子显微镜(SEM)测量和接触角、滚动角测试的方法对具有不同微纳结构比例及尺寸的表面形貌和性能进行探查和测试,对制备过程中参数的选择做出了优化处理.得到了表面性质均匀、稳定的二级结构超疏水表面.通过粒子图像测速(PIV)的方法测量在结构表面滚动液滴的内部流动形态,并与一级结构表面进行对比.分析并总结了该文中表面的疏水机理及表面微纳结构比例、形态、尺寸等因素对疏水性能的影响.

碳纳米管负载钇和铕氧化物纳米颗粒及其发光行为的研究

研究了碳纳米管上负载Y2O3和Y2O3∶Eu3+纳米颗粒的工艺。采用透射电镜、扫描电镜、X射线衍射对负载的效果进行表征并研究了负载产物的发光性能。结果表明,采用化学沉淀法可在碳纳米管上负载平均直径约为10 nm的Y2O3和Y2O3∶Eu3+颗粒。负载的Y2O3∶Eu3+纳米颗粒在波长201 nm处具有明显的主激发峰,而在620 nm处具有较强的主发射峰。与普通的纳米Y2O3∶Eu3+荧光粉相比,激发峰显著蓝移,而发射峰则红移。

薄壁碳纳米管的制取

采用催化裂解法,以二氯苯为碳源,二茂铁为催化剂,制取了薄壁碳纳米管。引入多壁碳纳米管的薄壁指数δ来表征多壁碳纳米管的薄壁程度。研究了氢气流量、反应温度和催化剂浓度对薄壁碳纳米管制取的影响。确定了制取薄壁碳纳米管的优化参数:反应温度为850℃,催化剂浓度为0.06g/ml,氩气流量为500ml/min,氢气流量为200ml/min,反应溶液进给量为0.012ml/min。制备出薄壁指数达5.6的大中空薄壁碳纳米管。

碳纳米管光致电流的机理探究

将碳纳米管长丝搭接在两个电极之间,在光照情况下,测量了不同照射位置和不同偏压下的电流变化,探索碳纳米管光致电流的机理。光致电流的产生机理分为两步：一是碳纳米管内部的肖特基结在光照情况下光生载流子的产生;二是在自身的扩散和外加电场的作用下光生载流子的运动。

Properties of the incandescent light emitted from double-walled carbon nanotube filament

We have studied the radiation of a double-walled carbon nanotube （DWNT） filament with a length of 4.5 mm and a diameter of 10μm by applying an electric current through the filament. The DWNT filament starts emitting incandescent light at voltage U =6V. Emission spectra of the DWNT below temperature 1250K can well be fitted to those of the blackbody radiation. The intensity of the incandescent light shows an exponential dependence on the voltage applied on the DWNT filaments. The resistance of the DWNT filaments is very stable at high temperatures between 900 and 1250 K during the emission of light in the experiments.

基于碳纳米管背电极的晶体硅太阳能电池

碳纳米管(CNTs)具有优异的电学与光电性能,可用作太阳能电池的空穴传输材料。本文将CNTs薄膜置于晶体硅(c-Si)太阳能电池的背面,以取代铝背电极,构成c-Si/CNTs太阳能电池。c-Si/CNTs太阳能电池的短路电流密度可达35.5mA·cm^-2,比刷涂铝背极c-Si电池的高8%。表明CNTs具有很强的空穴收集和输运能力,可用作c-Si太阳能电池的背电极。用稀氢氟酸(HF)处理c-Si/CNTs界面,放置100h后,电池的填充因子由44.5%提高到62.6%,转换效率由7.1%提高到10.9%。

用浮动催化裂解法制取单壁碳纳米管

为寻找一种可以批量制备高质量、高产率单壁碳纳米管的方法 ,对浮动催化裂解碳氢化合物法制取单壁碳纳米管进行了研究。实验采用苯为碳源 ,二茂铁为催化剂 ,氢气为载气 ,噻吩为添加剂。采用扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜以及拉曼谱等方法对产物进行检测与评估 ,分析了参数对产物的影响。结果表明 ,裂解温度越高 ,越有利于单壁碳纳米管的生长 ;发现通过碳源和直接通入反应室的 H2 流量比为 1:2时 ,较利于单壁碳纳米管的生长。浮动催化裂解法制备出来的单壁碳纳米管直径约为 1nm,直径分布较均匀 ,并且可以半连续。

碳纳米管的制备与应用

综述了清华大学机械工程系纳米碳材料实验室10年来在碳纳米管相关领域的研究成果。采用浮动催化法制备了多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和定向碳纳米管薄膜,针对各种产物的结构特点,研究了碳纳米管在力学、电学、复合材料、双电层电容器、场发射、储氢和环保等方面的性能。不同类型的碳纳米管具有不同的力学、电学和吸附性能,具有潜在的应用前景。

碳纳米管灯泡发光性能研究

采用长度为分米量级的双壁碳纳米管薄膜与长丝制成了碳纳米管灯泡，并与钨丝白炽灯作对比，研究了碳纳米管灯泡的发光效率、电工参数以及热稳定性能．结果表明，碳纳米管灯泡可以发出与钨丝白炽灯相同的白光，在相同温度（1400～2300K）下，碳纳米管灯泡的光效比钨丝灯泡平均提高40％．碳纳米管灯丝电阻随温度变化不明显，并且具有较高的热稳定性能，2300K高温下通电24h，结构不发生明显变化．

环保与能源新贵——纳米碳材料

20世纪90年代，纳米材料与技术在学术界掀起了一阵研究热潮。“纳米”成了孕育基础研究创新成果的摇篮。美国前总统科学顾问Gibbons称“纳米科学技术是决定21世纪经济发展的五大科技之一”。诺贝尔化学奖得主Rohrer指出：“150年前，微米技术成为新的精度标准，奠定了工业革命基础。最早学会使用微米科学技术的国家都在工业发展中占据了巨大的优势。未来的科技属于那些明智地接受纳米作为新标准并首先学习和使用它的国家”。

渐变掺氮碳纳米管场的发射性能

以二甲苯/吡啶为碳/氮源,二茂铁为催化剂,在800℃下,由化学气相沉积法(CVD)制得了直径为10～30 nm的掺氮碳纳米管(CNT)阵列。用扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱对其形貌和结构进行了表征。发现该碳管阵列具有竹节状结构,其中的氮含量沿碳管管径方向呈渐变趋势。随着碳管中氮含量的增加,竹节长度减小。研究了阵列的场发射性能,结果表明该碳管阵列是一种优秀的场发射材料:开启场强为0.37 V/μm,阈值场强为0.9 V/μm,场增强因子为37700。

双壁碳纳米管的制取

使用浮动催化裂解法以CH4为碳源,二茂铁和硫为催化剂,制取了双壁碳纳米管,并确定了优化参数:反应温度为1200℃,蒸发温度为80℃,Ar流量标准状态下为2000 cm3/min,CH4流量标准状态下为5 cm3/min.经优化后双壁碳纳米管的纯度可以达到质量分数90％以上.

双壁碳纳米管薄膜的铺展

分别以乙醇和丙酮为铺展溶液,实现了双壁碳纳米管薄膜的铺展,获得了面积为100cm2、厚度为50nm、均匀的单层双壁碳纳米管薄膜.研究表明,乙醇的铺展效果略优于丙酮;随着乙醇溶液浓度的增加,碳纳米管薄膜的铺展速率增加.当温度低于60℃时,随着温度升高,碳纳米管薄膜的铺展速率略有增加;当温度高于60℃时,随着温度的升高,碳纳米管薄膜的铺展速率下降.