單壁碳納米管（single-wall carbon nanotubes,SWCNTs）概念上講是由石墨烯卷曲形成的一維管狀分子材料,不僅具有石墨烯優(yōu)異的力學(xué)性能、極高的載流子遷移率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性等,而且具有結(jié)構(gòu)可調(diào)的光電性質(zhì)和良好的柵控特性,在光電器件、集成電路、生物醫(yī)藥等方面具備廣闊前景。然而碳納米管結(jié)構(gòu)決定了其性質(zhì),結(jié)構(gòu)上的微小差異將導(dǎo)致性質(zhì)的巨大不同。例如,碳納米管結(jié)構(gòu)的不同,可以是金屬性的,也可以是半導(dǎo)體性的;而半導(dǎo)體性碳納米管的能隙與其直徑近似成反比例關(guān)系。不同性質(zhì)的碳納米管,應(yīng)用領(lǐng)域不同。目前生長(zhǎng)制備技術(shù)制備的碳納米管通常為包含各種手性和結(jié)構(gòu)的混合物,由于性質(zhì)的不可預(yù)測(cè)性,難以被直接應(yīng)用,特別是在光電領(lǐng)域。近年來,發(fā)展了各種后處理分離技術(shù),實(shí)現(xiàn)了金屬性和半導(dǎo)體性碳納米管、單一手性碳納米管、甚至單一手性碳納米管鏡像體的分離。在各種分離技術(shù)中,凝膠色譜法具有簡(jiǎn)單、高效、低成本、易于自動(dòng)化分離的特點(diǎn),已發(fā)展成為主要的碳納米管的分離技術(shù)。然而在小手性角碳納米管（手性角<20°）,大直徑碳納米管（>1.2 nm）的分離方面仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn),而且受制于分離效率和對(duì)高... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：165 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

單壁碳納米管展開圖及各關(guān)鍵參數(shù)

與石墨烯一樣，碳納米管的六方晶格中碳原子最外層電子也以 sp2雜化成鍵。不過，碳納米管是具有高長(zhǎng)徑比的管狀分子。我們?cè)O(shè)想將單根單壁碳納米管這種一維中空材料展開成平面，即得到了如圖1.1的類似石墨烯的晶格平面。如圖 1.1 所示，其中的 a1和 a2為基矢，向量 C = na1+ ma2被稱為手性矢量，也稱卷曲矢量，其模長(zhǎng)為 C，與基矢 a1的夾角為 α。任何一根單壁碳納米管均可被視為沿著這樣一個(gè)矢量卷曲而成。而為了區(qū)別這些單壁碳納米管，通常以(n, m)指代之，(n, m)也被稱為手性指數(shù)[6]。圖 1.1 中的每組數(shù)字都代表了不同手性指數(shù)的單壁碳納米管對(duì)應(yīng)的卷曲矢量的末端位置。通常，―不同手性碳納米管‖即指具有不同手性指數(shù)的單壁碳納米管。另外，手性角 α 和管徑 d 是可以反映單壁碳納米管能帶結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。在晶體性質(zhì)的研究中，通常通過它們來唯一確定或標(biāo)定某種碳納米管的結(jié)構(gòu)[7]。但在本文中主要涉及分子的分離科學(xué)領(lǐng)域，因而選用手性指數(shù)代指不同結(jié)構(gòu)單壁碳納米管。(a) (b)

單壁碳納米管手性結(jié)構(gòu)的高分辨率宏量分離制備研究態(tài)、管壁數(shù)目、直徑、表面的化學(xué)修飾情況等進(jìn)行直觀的觀測(cè)[9]。TEM 表征分辨率很高，但制樣復(fù)雜，且成本高昂。AFM 作為掃描探針顯微鏡技術(shù)的一種，利用率探針與樣品間微小的原子作用力的變化，來表征樣品表面的形貌，其相對(duì)于掃描隧道顯微鏡最大的優(yōu)勢(shì)對(duì)樣品導(dǎo)電性沒有要求。相對(duì)于 TEM，AFM 的制樣簡(jiǎn)單，成本更低。盡管相于 SEM，AFM 具有更高的分辨率，但 AFM 的分辨率難以支撐對(duì)碳納米管的性指數(shù)、管徑、管壁數(shù)目等結(jié)構(gòu)參數(shù)的精確表征。(a) (b)


本文編號(hào)：3126813