单壁碳纳米管太赫兹超表面窄带吸收及其传感特性

由于碳纳米管具有优异的电学和光学特性,因此在光电子学领域具有广泛的应用前景.本文使用真空抽滤法,将单壁碳纳米管粉末分散液通过真空过滤的方式,制备了一种各向同性的单壁碳纳米管薄膜;进而提取了薄膜在0.4—2.0 THz范围内介电参数,并设计了一种基于单壁碳纳米管薄膜的新型太赫兹超表面窄带吸收器,这种超表面吸收器是由方形与工字形狭缝谐振器构成.实验和仿真结果表明,提出的太赫兹超表面吸收器在0.65,0.85,1.16和1.31 THz处存在4个明显的共振吸收峰,实现了最高可达90%的完美吸收.利用多重反射干涉理论阐明了这种多频带新型太赫兹超表面的吸收机制.通过在超表面器件表面覆盖具有不同折射率的介质层,深入研究了超表面作为折射率传感器的传感性能.研究结果表明,这种新型超表面吸收器用于折射率传感具有较高的灵敏度,为进一步开发新型碳基太赫兹超表面吸收器提供了新的思路和方案.

利用单壁碳纳米管介导植物瞬时遗传转化的研究

为验证单壁碳纳米管(SWNT)介导的新型的植物遗传转化方法的有效性,利用羧基化的单壁碳纳米管(COOH-SWNT)为原材料,构建了聚乙烯亚胺(PEI)修饰的羧基化单壁碳纳米管复合物(PEI-SWNT),探索验证PEI-SWNT复合物对外源基因的结合比例以及保护作用,使用PEI-SWNT复合物将RED以及UBQ10-EGFP等荧光质粒转化到油菜的原生质体和烟草叶片中。结果表明,PEI-SWNT纳米材料成功与外源目的基因结合,并对外源目的基因进行保护,使其免于核酸酶的降解,PEI-SWNT携带目的基因进入受体细胞后,可以成功地在受体细胞内进行基因表达。

新型MgO负载Co-Y双金属催化剂对单壁碳纳米管直径分布的调控

单壁碳纳米管的直径调控是碳管生长和应用领域的重要问题。本文以氧化镁(MgO)为载体,首次采用共浸渍法制备了新型钴-钇(Co-Y)双金属催化剂,利用高熔点的Y作为稀释剂和锚定组分控制Co纳米颗粒的尺寸,从而制备窄直径分布的单壁碳纳米管。利用SEM、XRD、XPS和TEM等对催化剂的结构形貌进行了表征,确定了Y和Co的存在状态分别为Y_(2)O_(3)和Co_(3)O_(4),其中Y金属的加入能显著提高Co_(3)O_(4)晶粒的分散性。利用TEM和Raman分析产物的直径分布,结果表明Co-Y/MgO催化剂体系制备了窄直径分布的单壁碳纳米,其直径范围为1.06~1.42nm。

基于碳纳米管阵列的高响应光电探测器件

纳米管(Carbon nanotube,CNT)具有纳米级特征尺寸、独特的一维能带结构、极大的比表面积和多种排布形态,吸收波长覆盖太赫兹至紫外波段,吸收率高;半导体型单壁碳纳米管拥有直接带隙,禁带宽度随手性不同在0.1 eV至1 eV以上均有分布,可实现室温弹道输运,是构建片上高响应、超宽带、超快可调光电探测器件的新型潜力材料。南京电子器件研究所采用高纯度半导体型碳纳米管阵列材料设计制备了多种红外—光电探测器件,其中叉指型光电探测器件通过缩短电极间距降低渡越时间提高响应速度、构造功函数不同的非对称电极促进光生空穴—电子对分离提高响应度、增加栅控有效调控多数载流子降低暗电流,实现了300 A/W以上的优异响应度,响应时间<30μs。进一步联合东南大学,首次在碳纳米管光电探测器件中引入硅光波导与金属狭缝结构,激发等离激元局域光场增强与耦合,在1550 nm通信波段获得高响应特性,3dB带宽达15GHz。未来通过构建异质结及叠层结构,有望进一步降低暗电流,并开发取向阵列的偏振敏感特性,助力碳基电子学及光电子学的应用发展。

单壁碳纳米管导电添加剂对锂离子电池正极材料电化学性能的影响

单壁碳纳米管具有极高的长径比和优异的电学与力学性能,在锂离子电池导电添加剂中有着良好的应用前景.针对单壁碳纳米管在电池浆料中分散性差的问题,利用Birch还原烷基化反应对单壁碳纳米管进行可控功能化修饰,制备兼具良好导电性与分散性的碳纳米管材料,并考察其作为导电添加剂对锂离子电池正极材料电化学性能的影响.结果表明,以经过3轮烷基功能化修饰的单壁碳纳米管为导电添加剂时,锂离子电池的循环性能与倍率性能均优于其他样品,在5 C的放电倍率下循环400圈后仍有110 mAh/g的比容量.

基于SWCNTs薄膜的多谐振环太赫兹超表面传感特性

基于单壁碳纳米管(SWCNTs)薄膜,构建了一种具有多频窄带共振效应的新型太赫兹(THz)超表面。深入分析了周期性微结构单元参数对超表面的共振特性的影响;通过仿真及理论计算对器件的共振耦合机理进行研究,二者具有较好的一致性。通过在超表面覆盖不同折射率的介质层,分析这种THz超表面器件的折射率传感特性,灵敏度分析结果显示,该超表面器件可实现最高64 GHz/RIU的折射率传感。

反复拉伸法制备单壁碳纳米管定向排列的SWCNT／PMMA复合材料

采用反复机械拉伸法制备了单壁碳纳米管(SWCNTs)均匀分散且定向排列的SWCNT/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料。将半干状态的SWCNT/PMMA复合体沿同一方向反复拉伸100次,每次的拉伸比为50,每次拉伸完以后,将聚合物沿拉伸的方向反复重叠。SEM,偏振拉曼光谱分析均表明SWCNTs沿拉伸方向排列。电学与力学测试结果表明:与PMMA相比,复合材料的电导率、弹性模量、拉伸强度和延伸率均得到明显提高,并表现出显著各向异性,复合材料沿拉伸方向的电学和力学性能显著高于其垂直于碳纳米管排列方向的值。

载阿霉素的单壁碳纳米管的制备及体外抗肿瘤初步评价

目的为了开发一种新型的多功能药物递送载体平台,引入了具有较强细胞摄取能力和较高载药效率的碳纳米管,通过功能化修饰可能降低碳纳米管细胞毒性的同时提高肿瘤细胞对其的摄取能力。方法选取单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes,SWCNTs),通过混酸处理、活性基团以及靶向基团的修饰降低载体材料的毒性,提升其生物相容性,并且为载体材料增加了对肿瘤细胞的靶向性,以X-射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS),X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)等分析手段验证了修饰基团的成功连接。借助MTT实验以及荧光图像检测了载体的细胞毒性,摄取能力和活性氧水平。结果经聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG),聚乙烯亚胺(polyetherimide,PEI),叶酸(folicacid,FA)等活性基团修饰后的SWCNTs细胞毒性明显下降,且增加了MCF-7细胞对阿霉素(doxorubicin,DOX)的有效摄取和ROS水平,提高了机体抗肿瘤免疫能力。结论表明修饰后的SWCNTs在抗癌药物递送领域潜力巨大。

影响单壁碳纳米管氢气传感器的因素

单壁碳纳米管用于制造氢气传感器已有几十年的历史。由于单壁碳纳米管与氢气的相互作用很小,因此需采用了多种改性来辅助,改性物包括金属、金属氧化物与聚合物等。一些研究指出,当与碳纳米管上的官能团结合时,改性物可以使响应提高几个数量级。在目前的研究中,已开发了许多新的结构。此外,单壁碳纳米管的直径和手性等结构也会影响氢气探测器的性能。本文对单壁碳纳米管的改性进行了分类,并对其影响因素进行了讨论,旨在为制造高响应度和低检测限的探测器提供支撑。

羧基化单壁碳纳米管对斑马鱼胚胎发育和形态的影响

目的:评价水环境中羧基化单壁碳纳米管(c-SWNTs)对斑马鱼胚胎发育和形态的影响。方法:根据国家标准GB/T21807-2008,取受精后6 h(6 hpf)健康斑马鱼胚胎暴露于不同浓度(40 mg/L、80 mg/L、160 mg/L)的c-SWNTs水分散液中,观察和分析24 hpf和96 hpf胚胎的孵化率、畸形率和死亡率。以扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分别观测80 mg/Lc-SWNTs对24 hpf斑马鱼胚胎绒毛膜形态和胚胎超微结构的影响。结果:与空白对照组相比,除了40 mg/L浓度组胚胎在96 hpf的孵化率明显降低外(P<0.05),各暴露组胚胎在24 hpf和96 hpf的孵化率、畸形率和死亡率均无显著差异;SEM结果显示,c-SWNTs聚集在胚胎绒毛膜外表面,难以穿透绒毛膜;TEM结果显示,在胚胎内部超微结构中未观测到明显的cSWNTs。结论:水环境中的羧基化单壁碳纳米管主要聚集在胚胎绒毛膜外表面,会影响部分胚胎的孵化时间,但对斑马鱼的发育无明显影响。

单壁碳纳米管/芳纶纸基复合材料的电磁性能研究

采用造纸湿法成形技术制备了一种单壁碳纳米管(SWCNT)/芳纶纤维(AFs)纸基复合材料(PBCs)。研究了SWCNT添加量对PBCs导电性能和介电性能的影响;基于PBCs复介电常数,仿真模拟了8-12GHz蜂窝结构的反射率,并与实测值进行对比。结果表明,SWCNT在极低载量下即可实现对PBCs电导率和复介电常数的宽范围调控,是一种有潜力的电磁波吸收材料。

扭转单壁碳纳米管的第一性原理研究

单壁碳纳米管的带隙可控化一直是备受关注的研究方向,本文通过在单壁碳纳米管轴向方向上旋转每个碳原子得到扭转模型,详细介绍了模型的构建过程,提出了模型构建的两个原则,单壁碳纳米管扭转模型符合周期性排列规律,基于第一性原理密度泛函理论证明了扭转模型能够自洽成功.通过计算给出数十种扭转模型的带隙变化图,随着扭转强度的增大,单壁碳纳米管的带隙发生了多次相变,包括金属型-半导体型和半导体型-金属型转变.进一步统计了扭转过程中单壁碳纳米管的直径变化、碳原子间平均键长及平均键角的变化,发现这些变化也存在规律.最后统计了碳原子能量的变化规律,发现不同种类的单壁碳纳米管在相同扭转强度下有不同的能量变化.本文为单壁碳纳米管带隙可控化提供了新的思路,进而为单壁碳纳米管纳米电子器件、微集成电路提供了理论依据.

基于非线性本构的单壁碳纳米管的Euler-Bernoulli梁模型

在近期石墨烯的力学实验中,发现其在有限变形的条件下应力应变本构关系是非线性的。石墨烯卷曲形成碳纳米管,大管径单壁碳纳米管的应力应变关系,在理论上和石墨烯一致。在本研究中,基于石墨烯的非线性本构关系,建立了新的单壁碳纳米管的Euler-Bernoulli梁模型。之后对两端铰支的情况,使用Galerkin方法和多尺度法研究单壁碳纳米管在均布载荷作用下的静力弯曲和受迫振动问题。结果显示,在静力弯曲时,本构中的非线性项对碳纳米管起到了刚度软化的作用。在受迫振动时,本构中的非线性项改变了振幅分岔点的位置。因此本构中的非线性项对碳纳米管力学性质的显著影响不容忽视。

基于氯盐掺杂的单壁碳纳米管室温气体传感器

对单壁碳纳米管进行掺杂可以促进特定气体分子与单壁碳纳米管之间的电荷转移,从而提高其响应与选择性。使用氯化铯、氯化金对单壁碳纳米管进行掺杂,并在室温下使用Raman光谱研究了单壁碳纳米管与氯盐之间的界面电荷转移,研制了基于氯盐掺杂的单壁碳纳米管的二氧化氮室温气体传感器。研究结果表明,氯盐掺杂的单壁碳纳米管的D峰和2D峰的位置发生了蓝移。氯化铯掺杂的单壁碳纳米管气体传感器对于体积分数为1×10-6的二氧化氮表现出了高达230%的响应度,以及优异的选择性与可重复性。实验结果表明,氯盐掺杂可以改变单壁碳纳米管的费米能级,从而影响单壁碳纳米管对气体分子的传感性能。

荧光光谱法研究单壁碳纳米管与牛血红蛋白的相互作用

选取了单壁碳纳米管(SWCNTs)及两种分离后的单一手性单壁碳纳米管(6,5)-SWCNTs、(8,3)-SWCNTs分别与牛血红蛋白(BHb)结合,通过荧光光谱法分析SWCNTs与BHb的相互作用。结果表明,SWCNTs对BHb的荧光猝灭为动态猝灭与静态猝灭结合的机制,(6,5)-SWCNTs和(8,3)-SWCNTs对BHb的荧光猝灭属于静态猝灭的机制;298 K下BHb与3种SWCNTs的结合常数大小顺序如下:SWCNTs>(6,5)-SWCNTs>(8,3)-SWCNTs;范德华力、氢键和疏水作用是相互作用中的主要作用力。

基于半导体性单壁碳纳米管/富勒烯异质结的高性能透明全碳光电探测器

利用半导体性单壁碳纳米管(SWCNT)的高吸收系数、优异的光电特性和高载流子迁移率等特点,本文构筑了基于半导体SWCNT(sc-SWCNT)/富勒烯(C60)异质结的透明全碳宽光谱的场效应晶体管光电探测器。该器件的大部分结构均由碳基材料组成,全碳异质结作为导电沟道材料,金属性SWCNT作为源漏电极,氧化石墨烯(GO)作为介质层,在可见光波段的透光率均高于80%。电学测试结果表明:该光电探测器表现出了较强的栅控能力,实现了从405~1064 nm的可见光-近红外宽光谱响应,在5 mW/cm^(2)的940 nm激光照射下,该器件光电响应率可以达到18.55 A/W,比探测率达到5.35×10^(11)Jones,同时,表现出了优异的循环稳定性。

活化稀土金属以宏量制备单壁碳纳米管

过去的三十几年见证了制备单壁碳纳米管(SWNTs)的催化剂由传统金属到氧化物与碳化物的演变过程。由于传统催化剂所制备SWNTs的产量低且表征手段受限,因此难以建立催化剂组成与SWNTs手性分布之间的关系。基于此,利用稀土金属钕(Nd)作为催化剂,通过“碱性载体”策略,实现了SWNTs的宏量制备。SWNTs纯化后,通过多种电子显微技术以及光学表征手段对其进行了系统表征。700℃下,利用Nd催化剂实现了(6,5)型SWNTs的高选择性制备,与铁族金属催化剂所制备的SWNTs类似。基于Nd纳米粒子的低熔点特点,提出了Nd催化剂生长SWNTs的气-液-固成核机制,并利用生长动力学对SWNTs的手性分布进行了解释。

单壁碳纳米管吸附氢气的计算机模拟

采用巨正则系综的蒙特卡罗方法 ( GCMC)模拟常温 ( T=2 93 K)时氢气在单壁碳纳米管中的吸附过程 .氢气分子之间、氢气分子与碳原子之间的相互作用采用 Lennard-Jones模型 .其中 ,将氢气对整个碳纳米管中所有碳原子的作用进行加和 ,以获得氢气分子与单根给定半径的碳纳米管的相互作用模型 .研究和讨论了 5种半径的碳纳米管在 2 93 K时的吸附等温线以及在 2 93 K和

基于单壁碳纳米管/Nafion/铜纳米粒子复合材料的多巴胺传感器的研制

通过电沉积金属铜于单壁碳纳米管(SWNTs)/Nafion修饰的玻碳电极表面构建了一种经济且制备简单的多巴胺传感器。该纳米材料的形貌和成分用扫描电镜和能谱仪表征。不同扫速和p H条件下,以其修饰玻碳电极构建的电化学体系受吸附控制。多巴胺在该电极表面的反应机理为两电子双质子的过程,电荷转移系数α=0.6,电子转移数n=2.67,异相电子转移速率ks=1.38 s^(-1)。在优化条件下,用微分脉冲伏安法检测多巴胺的线性方程为I_(pa)(μA)=-0.054c(μmol/L)-3.82(R^2=0.9988),线性范围5~100μmol/L,检出限为0.014μmol/L(S/N=3)。此传感器制备简单、成本低、灵敏性高、稳定性好、重现性好,检测人尿液中多巴胺的回收率为96.5%~100.4%,相对标准偏差为1.2%~2.4%。

单壁碳纳米管固相萃取-气相色谱-质谱联用法测定茶油中6种邻苯二甲酸酯

建立了单壁碳纳米管（SWCNTs）为吸附剂的固相萃取净化-气相色谱-质谱检测茶油中6种邻苯二甲酸酯（PAEs）的分析方法。样品经正己烷稀释,玻璃SWCNTs SPE小柱净化,GC-MS选择离子监测（SIM）模式测定,外标法定量。对正己烷的稀释体积、吸附材料的类型、SWCNTs用量、淋洗液用量、洗脱溶剂类型和体积等影响萃取效率的条件进行了优化,得到的最优萃取条件为：正己烷稀释体积为5 mL,SWCNTs用量为0.6 g,淋洗液为20mL正己烷,洗脱溶剂为5 mL甲苯。6种PAEs在0.05-1.0 mg/L范围内线性关系良好,相关系数（r）均大于0.999 9;在0.05-1.0 mg/kg添加范围内,6种目标物的平均回收率为86.4%-111.7%,相对标准偏差为4.2%-10.4%。该方法准确、快速,可满足茶油中6种邻苯二甲酸酯的检测需要。