取向碳纳米管阵列的等离子体复合化学气相沉积法制备

采用热丝和射频等离子体复合化学气相沉积技术,用旋涂法制备负载催化剂的硅片衬底,以CH4为碳源制备出取向碳纳米管阵列薄膜.利用扫描电子显微镜对不同还原时间和不同N i(NO3)2浓度下制备的催化剂基片和取向碳纳米管阵列薄膜进行形貌分析,用透射电子显微镜和拉曼光谱对碳纳米管进行表征.结果表明,在H2-N2气氛中热还原后硅片上的催化剂粒径均匀,排列致密,利用该法制备的碳纳米管为竹节型多壁碳纳米管,管径分布均匀,管长约5μm.碳纳米管阵列薄膜垂直于硅片衬底生长,生长排列均匀致密,具有良好的取向性.

裂解酞菁铁和乙烯制备取向碳纳米管阵列

采用热化学气相沉积(TCVD)法裂解酞菁铁(FePc)和乙烯(C2H4)制备出高210μm的取向碳纳米管阵列(ACNTA).用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)对制备的样品进行了表征,系统研究了反应温度、反应时间、C2H4流量对ACNTA生长的影响.结果表明,样品具有高取向性且纯度高.800℃是裂解FePc和C2H4制备ACNTA的最优温度,催化剂的活性可以保持较长时间(60 min),通入C2H4促进了ACNTA的快速生长,最适合流量为50 cm3/min.

树状取向碳纳米管阵列的制备

采用在Ar气氛保护下裂解FePc制备出一种树状取向碳纳米管阵列(ACNTA),这种种特殊结构是由ACNTA裂缝自组装而成。在生长过程中裂缝处能获得更多的催化剂和碳源,因此自身能够持续发展,且裂缝以60°或120°夹角再次分裂,最终形成树状结构。

基于中性水凝胶/取向碳纳米管阵列高电压柔性固态超级电容器

随着科技发展和时代进步,发展质轻便携、安全环保的高性能储能器件变得日趋重要,对柔性固态超级电容器的研究也应运而生.柔性电极材料及电解质的选用是设计柔性固态超级电容器的关键因素,近年来一直是研究的热点.考虑到环境污染及实际需求问题,本文采用中性凝胶电解质对具有高比表面积、良好导电性及取向性的碳纳米管阵列进行包埋处理,所形成的柔性复合薄膜作为电极材料,设计制备三明治结构的柔性超级电容器件.通过改变凝胶电解质中所加入的无机盐电解质种类,调控器件的电化学储能性质.最终在聚乙烯醇PVA-NaCl作为凝胶电解质时,整个器件比容量最高达104.5 mF·cm^(–3),远高于有机离子凝胶与碳管阵列形成的复合器件以及无规分布的碳纳米管与水凝胶形成的复合器件,同时获得了0.034 mW·h·cm^(–3)的最大能量密度,并且具有良好的倍率性能、循环稳定性及抑制自放电的效果,并在高电压1.6 V下依然保持良好的化学稳定性.这种中性凝胶/碳管阵列复合超级电容器件不仅满足了绿色安全、柔性便携的要求,未来在医学可植入器件等领域也具有很好的应用前景.

各向异性含氟聚酰亚胺/碳纳米管复合薄膜的制备及性能研究

未来,轻质、柔韧,具有定向传导能力的复合材料在微电子器件、航空航天等领域会有非常重要的研究和应用价值。通过对复合材料进行微观结构设计及界面相容性调控,可以制备具有高度各向异性的复合材料。本文将表面改性的取向碳纳米管阵列与含氟聚酰亚胺进行复合,制备含氟聚酰亚胺/碳纳米管复合薄膜。由于改性碳纳米管阵列与聚合物之间的相容性提高,含氟聚酰亚胺/碳纳米管复合薄膜表现出优异的热稳定性、力学性能、透光性。在碳纳米管阵列添加量极低的情况下,复合薄膜表现出明显的各向异性,沿碳管阵列方向的拉伸强度比垂直于碳管阵列方向的拉伸强度高33.1%。

基于对苯二酚/碳纳米管阵列氧化还原增强固态超级电容器的研究

通过在电解液中引入氧化还原活性物质可以有效提高能量密度且不降低功率密度.考虑到离子电导率以及环境安全等因素,本文在传统酸性凝胶电解质PVA/H3PO4中引入了氧化还原特性的有机小分子物质—对苯二酚(HQ),然后与具有高比表面积及垂直取向结构的碳纳米管阵列(ACNT)进行复合,设计制备了对称"三明治"结构的氧化还原增强型固态超级电容器ACNT@PVA@HQ,并系统研究了碳管取向结构以及孔隙间隙对ACNT@PVA@HQ器件电化学性能以及电荷储存机理的影响.实验表明,极少量对苯二酚活性物质(0.1%,摩尔分数)的加入,可以使ACNT@PVA@HQ器件的体积比容量相比纯ACNT@PVA器件提升6.4倍,同时保持了极高的倍率性能和循环稳定性.进一步利用溶剂蒸发的方法制备了高密度取向的碳管阵列(DACNT),组装的DACNT@PVA@HQ器件在电流密度11.1 mA·cm^–2下,其比电容量高达385 mF·cm^–2(1674 mF·cm–3),在平均功率密度大小为0.96 mW·cm^–2(4.17 mW·cm–3)的条件下,其最大能量密度可以达到0.06 mW·h·cm^–2(0.26 mW·h·cm–3),优于众多文献报道的结果.实验证明取向结构的阵列可以有效缩短离子迁移路径,提高电荷的转移效率,使得器件具有良好的倍率性能和更低的内阻.这种新型的氧化还原增强型超级电容器不但具有优秀的电化学储能性质,还满足环保、安全的理念,为未来新能源装置的开发提供了新思路,具有良好的应用前景.