【摘要】：納米材料的宏觀結(jié)構(gòu)結(jié)合了納米材料的優(yōu)異物性以及宏觀尺寸的良好操作性,是納米研究及應(yīng)用的重要載體。本論文從超順排碳納米管薄膜和石墨烯出發(fā),研究了宏觀尺寸碳納米薄膜的構(gòu)筑、物性和相關(guān)應(yīng)用。利用超順排碳納米管網(wǎng)絡(luò)和石墨烯之間較強(qiáng)的范德華力,我們實(shí)現(xiàn)了大面積化學(xué)氣相沉積法石墨烯的干凈剝離,獲得了厘米尺寸、超薄、透明、導(dǎo)電、高力學(xué)強(qiáng)度的碳納米管-石墨烯復(fù)合薄膜。由于碳納米管網(wǎng)絡(luò)的多孔特性,薄膜中存在大面積、準(zhǔn)連續(xù)的懸空石墨烯。復(fù)合薄膜一面是單層石墨烯另一面是多孔碳納米管網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其具有接近90%的電子透過率。基于這些特性,我們發(fā)展了復(fù)合薄膜作為真空電子器件柵極和透射電鏡樣品支持膜的應(yīng)用。我們進(jìn)一步地將這種基于范德華力的二維材料剝離及復(fù)合薄膜制備的方法進(jìn)行了推廣,實(shí)現(xiàn)了化學(xué)氣相沉積法二硫化鉬的有效剝離和碳納米管-二硫化鉬復(fù)合薄膜的制備�；趩螌映樑盘技{米管薄膜有序、連續(xù)的特點(diǎn),我們使用超順排碳納米管薄膜作為碳纖維以及石墨纖維薄膜制備的模板,通過熱解碳沉積以及高溫?zé)崽幚?實(shí)現(xiàn)了有序碳纖維和石墨纖維薄膜的連續(xù)制備。我們從應(yīng)變能的角度對纖維石墨層的堆垛情況以及纖維的截面形狀在石墨化過程中的轉(zhuǎn)變進(jìn)行了分析。利用制備的碳纖維和石墨纖維薄膜良好的導(dǎo)電性和力學(xué)強(qiáng)度,我們展示了其作為鋰離子電池電極的應(yīng)用。進(jìn)一步地,我們將這種“積碳+石墨化”的方法推廣到了碳納米管線體系,實(shí)現(xiàn)了碳納米管線拉伸強(qiáng)度和楊氏模量的顯著提高。利用超順排碳納米管具有顯著熱聲效應(yīng)的特點(diǎn),我們將超順排碳納米管細(xì)線薄膜集成到了帶有圖形化微槽的硅片上,獲得了碳納米管熱聲芯片。以此為基礎(chǔ),我們進(jìn)行了熱聲效應(yīng)的機(jī)理研究。熱聲理論預(yù)言了使用溫度波波長表征的熱效應(yīng)的空間局域性。通過控制硅片上微槽的深度,以精確改變碳納米管細(xì)線薄膜和基底的間距,我們定量研究了不同基底距離對于碳納米管細(xì)線熱致發(fā)聲的影響,驗(yàn)證了熱聲效應(yīng)的溫度波理論,同時定量確定了溫度波的波長。在此基礎(chǔ)上,通過進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計,我們實(shí)現(xiàn)了碳納米管熱聲耳機(jī)的制備。
[Abstract]:The macrostructure of nanomaterials combines the excellent physical properties of nanomaterials and the good maneuverability of macroscopical dimensions, so it is an important carrier for the research and application of nanomaterials. In this paper, the construction, physical properties and related applications of macroscopically sized carbon nanotube films and graphene films were studied from the point of view of supercis carbon nanotube films and graphene. Using the strong van der Waals force between the ultracis carbon nanotube network and graphene, we have realized the clean stripping of graphene by large area chemical vapor deposition, and obtained centimeter size, ultra-thin, transparent, conductive. Carbon nanotube-graphene composite film with high mechanical strength. Due to the porous properties of CNT networks, there are large areas of quasi-continuous suspended graphene in the films. The structure of porous carbon nanotube network on one side of the composite film is graphene monolayer on the other side and the electron transmittance of the composite film is nearly 90%. Based on these characteristics, we have developed the applications of composite films as gate and TEM sample support films for vacuum electronic devices. We have further extended the two dimensional material stripping and composite film preparation based on van der Waals force to realize the effective stripping of molybdenum disulfide by chemical vapor deposition and the preparation of carbon nanotube-molybdenum disulfide composite film. Based on the orderly and continuous characteristics of monolayer supercis carbon nanotubes films, we use them as templates for carbon fiber and graphite fiber films, which are prepared by pyrolytic carbon deposition and high temperature heat treatment. The continuous preparation of ordered carbon fiber and graphite fiber films has been realized. From the point of view of strain energy, the stacking of fiber-graphite layer and the transformation of fiber cross-section shape during graphitization are analyzed. With the good electrical conductivity and mechanical strength of the carbon fiber and graphite fiber films, we have demonstrated their application as electrodes for lithium ion batteries. Furthermore, we extend the method of "carbon deposition graphitization" to the carbon nanopipeline system, and achieve a significant increase in tensile strength and Young's modulus of the carbon nanopipeline. Taking advantage of the remarkable thermoacoustic effect of supercis carbon nanotubes, a thermoacoustic chip for carbon nanotubes was obtained by integrating thin wire films of carbon nanotubes onto silicon wafers with graphical microgrooves. Based on this, the mechanism of thermoacoustic effect is studied. The thermoacoustic theory predicts the spatial localization of the thermal effect represented by the temperature wave length. By controlling the depth of the microchannel on the silicon wafer and changing the distance between the thin carbon nanotube thin film and the substrate accurately, we quantitatively studied the influence of different substrate distance on the thermosyphonic sound of the carbon nanotube thin wire, and verified the temperature wave theory of thermoacoustic effect. At the same time, the wavelength of temperature wave is determined quantitatively. On this basis, through the further optimization design, we have realized the carbon nanotube thermoacoustic headset preparation.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11;TB383.2

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本文編號：2345771