不同手性单壁碳纳米管分离及其场效应晶体管性能研究

高纯度的单手性单壁碳纳米管对于下一代碳基电子器件的发展具有重要意义。利用聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共-联吡啶](PFO-BPy)、聚(9,9-二辛基芴-2,7-二基)(PFO)和聚(9,9-二辛基芴-共苯并噻二唑)(PFO-BT)三种聚合物在有机相中分别分选出(6,5),(7,5)和(10,5)三种手性单壁碳纳米管,具有较高纯度以及浓度,并去除了超过99%的残留分散剂。使用上述溶液沉积获得高均匀性和高密度的碳纳米管薄膜,以此作为器件沟道材料,制备了手性单壁碳纳米管场效应晶体管阵列。结果显示,大直径的(10,5)手性碳纳米管晶体管器件具有较好的电学性能,其迁移率最高达16cm2·V-1·s-1,开关比达107。

预热及退火调控诱导聚醚酮酮Ⅰ型结晶的研究

聚醚酮酮(PEKK)具有Ⅰ、Ⅱ两种晶型结构,其中晶型Ⅰ为稳态晶体,晶胞尺寸大,而晶型Ⅱ尺寸较小,热稳定性较差,对力学的贡献有限。因此,需要调控热压成型工艺促进晶型Ⅰ的生成,并抑制晶型Ⅱ。通过模压成型法研究预热及退火处理对诱导Ⅰ型结晶的影响,结果表明,在熔融温度下充分预热处理后再压制成型,分子链有较高的运动能力,满足晶型Ⅰ生长的慢成核条件,从而充分诱导Ⅰ型结晶,并抑制Ⅱ型结晶。380℃预热处理后,PEKK板材的力学性能得到显著提升,拉伸强度和杨氏模量分别达到104MPa和2.61GPa。此外,还发现在中高温区域进行退火处理也会促进晶型Ⅱ的生长,导致材料的力学性能下降;而增加降温速率,则会提高材料的刚性,初始模量提升至2.80GPa。

碳纳米管/尼龙并股人工肌肉纤维的制备与性能表征

高度定向的尼龙纤维在加热时收缩且直径增加,扭曲然后卷绕这些材料的单丝形成螺旋弹簧,通过各向异性的热膨胀在加热时能够产生高的拉伸致动。通过使用电流来进行焦耳加热是控制驱动的便利方法。在这项工作中,浮动化学气相沉积法制备的碳纳米管纤维被用作肌肉表面的焦耳加热元件,人工肌肉在低电压下(小于1V/cm)可以观察到产生14.2%的线性驱动,能量密度达到538.1J/kg。优异的循环性能预示着在智能织物领域有重要应用。

高结晶度氮化硼纳米片的制备及其与聚乙烯醇复合薄膜的性能

以具有特殊花瓣状形貌的硼酸镁纳米片为模板、前驱体和硼源,以氨气为氮源合成了氮化硼纳米片(BNNSs),通过SEM、TEM、XRD、Raman和FT-IR等对其形貌和结构等进行了分析。结果表明:合成的BNNSs为厚度仅约5 nm、横向尺寸150～300 nm、结晶度极高的单晶片层状h-BN,多个BNNSs聚集形成了形貌与硼酸镁纳米片类似的形状。以所合成的BNNSs为填料,制备了不同BNNSs添加量的BNNSs/聚乙烯醇(PVA)复合材料薄膜,结果表明添加30%BNNSs的复合薄膜的弹性模量较纯PVA薄膜提高了约39.8%,面内热扩散系数和热导率则分别最大提高了约7和8倍,说明以此BNNSs做为填料能明显改善BNNSs/PVA复合薄膜的热学性能。

碳纳米管/铜复合薄膜的制备及表征

通过有机溶剂对多壁碳纳米管薄膜进行溶剂热及有机电镀处理,制备了高导电性能和载流能力的Cu/MWCNTs复合薄膜,其中铜晶体均匀的分布在MWCNTs内部及外部,且复合材料的密度仅为铜的1/4。在碳纳米管薄膜的电学性能提高下进一步分析了溶剂热、不同电流密度、退火还原及热压对碳纳米管电学性能的影响。结果表明:溶液浓度为7.5 mmol/L电流密度为2 mA/cm^2,沉积时间2 h,水浴温度为26℃,复合薄膜的性能达到最佳;退火温度为300℃,以及在1000℃和2.6 MPa压力下热压,复合薄膜的电导率及载流性能达到最佳,分别为2.5×10^7 S/m和1×105 A/cm^2。

易分散碳纳米管阵列可控制备及其衍生超级电容器性能

采用浮动催化剂化学气相沉积(FCCVD)的方法制备碳纳米管(CNT)阵列,通过优化温度、注射速率、生长基底等实验条件,得到高度达到3mm的超长CNTs阵列。选用间甲酚为分散剂,实现了CNT阵列的超大浓度分散,最大分散浓度可以达到120mg/mL,良好的分散性可以使分散体形成紧密团聚的面团状。选用40mg/mL的浓糊状分散体,用刮涂的方法得到了大面积的CNTs纸,测试了CNTs的电容性能,表现出稳定的电容器性能。

热解碳包覆的碳纳米管复合二氧化锰薄膜超级电容器

通过化学气相沉积(CVD)的方法,在碳纳米管(CNT)薄膜及其连接处沉积热解碳(PC)来限制CNTs之间的滑移。通过扫描电镜(SEM)观察发现,热解碳(PC)的沉积使得CNT表面更加平整,且表面的孔洞更加均匀。通过应力应变及亲疏水性测试发现,CNT/PC复合薄膜的拉伸强度增加了200%,水与薄膜的静态接触角由123°减小到78°。其后通过电化学沉积的方法,制备得到CNT/PC/MnO2薄膜电极材料,通过电化学测试得知,在1 mA/cm^2的电流下单电极的比电容为326 mF/cm^2,可以稳定循环10000圈,电容的保持率稳定在100%左右。

基于原位电热和酸化的碳纳米管薄膜纯化工艺研究

利用原位电热和酸化的综合处理方法对浮动催化化学气相沉积法制备的碳纳米管薄膜进行纯化处理,对碳纳米管薄膜进行了电导率、微观形貌、热重、电热和拉曼等分析,研究了原位电热纯化时间对薄膜电学性能和纯化效果的影响。结果表明,随着原位电热时间的延长,薄膜电学性能逐渐得到提升;经过原位电热处理10 min和盐酸酸化处理后,薄膜方块电阻降低了61.8%,电导率提升了160.7%。微观形貌分析和热重分析结果显示,碳纳米管薄膜内的无定形碳和金属催化剂颗粒杂质有效减少,薄膜得到了有效纯化。拉曼分析结果显示,经过原位电热和酸化综合处理,碳纳米管薄膜内产生了少量的缺陷。

全透明低回滞s-SWCNT/AgNW薄膜晶体管的可控制备

利用高纯度、高均一性的半导体型单壁碳纳米管(s-SWCNT)网络薄膜作为薄膜晶体管的沟道材料,以高透明度、低薄膜电阻的银纳米线(Ag NW)网络薄膜作为源、漏电极,在玻璃基底上制备了大面积、高透明度的碳纳米管薄膜晶体管阵列,并使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜在器件表面通过干法封装获得了较低回滞的电子器件,得到了整体透明度达到82%以上的器件。提出的器件制备方法不仅制备材料易得,不需要高温过程,而且能够实现器件的大面积制备,对碳纳米管薄膜晶体管的全透明柔性化进程具有推进作用。

O_2/(O_2+Ar)流量比对ZnO-0.25mol% V_2O_5薄膜缺陷类型的影响

利用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上沉积ZnO-0.25mol%V_2O_5(ZnO∶V)薄膜,研究了O_2/(O_2+Ar)流量比(0%~87.5%)对ZnO∶V薄膜中缺陷的影响。研究结果表明:沉积的ZnO∶V薄膜为具有c轴取向的纤锌矿结构,V以五价和四价形式共存其中。ZnO∶V薄膜中的缺陷态为氧空位(V_O)和间隙锌(Zn_i)杂化形成的复合体,两者比例随O_2/(O_2+Ar)流量比而变化。

多变量离子注入型量子阱混杂效应

为实现InP基单片集成光电子器件和系统,对InGaAsP/InGaAsP分别限制异质结多量子阱激光器结构展开量子阱混杂(QWI)技术研究。在不同能量P离子注入、不同快速热退火(RTA)条件以及循环退火下,研究了有源区量子阱混杂技术,实验结果采用光致发光(PL)谱进行表征。实验结果表明:在不同变量下皆可获得量子阱混杂效果,其中退火温度影响最为显著,且循环退火可进一步提高量子阱混杂效果;PL谱蓝移随着退火温度、退火时间和注入能量的增大而增大,退火温度对蓝移的影响最大,在注入剂量为1×10^14 ion/cm2,注入能量为600keV,750℃二次退火150s时获得最大蓝移量116nm。研究结果为未来基于QWI技术设计和制备单片集成光电子器件和系统奠定了基础。