單壁碳納米管具有獨特的一維中空管狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能,其寬譜響應(yīng)、高光吸收系數(shù)使得其成為極具前景的光電探測材料。但迄今為止,碳納米管基高性能電子器件仍未獲得實際應(yīng)用。其主要原因是結(jié)構(gòu)一致、單一導電屬性單壁碳納米管的宏量制備問題尚未解決。針對這一問題,本論文采用浮動催化劑化學氣相沉積法,利用羥基自由基的刻蝕性,通過原位反應(yīng)刻蝕宏量制備高質(zhì)量大直徑半導體性單壁碳納米管;進而探索大直徑單壁碳納米管在光電探測方面的應(yīng)用,為高性能碳納米管基光電探測器的構(gòu)建提供思路。取得的主要研究結(jié)果如下:高質(zhì)量、大直徑半導體性單壁碳納米管的控制制備�；诓煌瑢щ妼傩约安煌睆絾伪谔技{米管在化學反應(yīng)活性上的差異,利用低碳醇高溫裂解產(chǎn)生的羥基自由基在單壁碳納米管生長過程中進行原位選擇性刻蝕;發(fā)現(xiàn)OH/C比是實現(xiàn)半導體性富集碳納米管生長的關(guān)鍵,在優(yōu)化條件下實現(xiàn)了高純度（>91%）半導體性單壁碳納米管的宏量制備;所得半導體性單壁碳納米管的結(jié)晶度較高,其集中抗氧化溫度達～670℃;直徑主要分布在1.8-2.3nm;利用所得半導體性單壁碳納米管構(gòu)建了光熱電（PTE）響應(yīng)機制的光電探測器。柔性、大面積單壁碳納米管基光電探... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２?（ａ）單壁碳納米管；（ｂ）雙壁碳納米管；（ｃ）多壁碳納米管??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?（ａ）?Ｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，?（ｂ）?Ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌ?ｃａｒｂｏｎ??ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，?ａｎｄ?（ｃ）?Ｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｔｕｂｅｓ．??

?第一章緒論???圖１．２?（ａ）單壁碳納米管；（ｂ）雙壁碳納米管；（ｃ）多壁碳納米管??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?（ａ）?Ｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，?（ｂ）?Ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌ?ｃａｒｂｏｎ??ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，?ａｎｄ?（ｃ）?Ｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｔｕｂｅｓ．??１．１．２單壁碳納米管的電學性能??石墨稀為零帶隙半導體材料，其能帶結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，卷曲形成單壁碳納米管??時，徑向由于要滿足周期性邊界條件，原來連續(xù)的能帶結(jié)構(gòu)就被相應(yīng)的切割成條??帶狀，如圖１．３所示。當這些條帶經(jīng)過Ｋ點，碳納米管帶隙為零，為金屬型；當??這些條帶不經(jīng)過Ｋ點，碳納米管存在帶隙，為半導體型。??－０．６?－０Ａ?－０．２?０．０?０．２?０．４?０６?－０．６?－０．４?－０．２?０．０?０．２?０．４?０．６??ｋｘ（２ｎ／ａ）?ｋｘ（２ｎ／ａ）??圖１．３石墨烯和碳納米管的能帶結(jié)構(gòu)關(guān)系，其中虛線為碳納米管的能帶結(jié)構(gòu)：（ａ）虛??線經(jīng)過Ｋ點，碳納米管能帶沒有帶隙，為金屬型；（ｂ）虛線不經(jīng)過Ｋ點，碳納米管存在帶??隙，為半導體型［６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｅｎｅｒｇｙ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ａｎｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｔｉｉｂｅｓ，??ｗｈｅｒｅ?ｔｈｅ?ｄｏｔｔｅｄ?ｌｉｎｅ?ｉｓ?ｔｈｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｔｕｂｅｓ，?（ａ）?Ｗｈｅｎ?ｔｈｅ?ｄｏｔｔｅｄ?ｌｉｎｅ?ｐａｓｓｅｓ??ｔｈｒｏｕｇｈ?ｔｈｅ?ｐｏｉｎｔ?Ｋ，?ｔｈｅ

?第一章緒論???計算表明，由于單壁碳納米管的徑向波矢存在較多的范霍夫奇點（ｖａｎ?Ｈｏｖｅ??Ｓｉｎｇｕｌａｒｉｔｙ），因而具備較多、較強的光學吸收峰。利用單粒子緊束縛模型計算得??到的碳納米管的能帶結(jié)構(gòu)如圖１．４所示［２４］。碳納米管的導帶底和價帶頂具備相??同的Ｋ值，因此為直接帶隙材料，且其能帶包含多個子帶。碳納米管的帶隙與其??直徑緊密相關(guān)，碳納米管也因此具備超寬的吸收譜線［２５，２６］。理論上，對于直徑分??布廣泛的碳納米管薄膜，其吸收光譜可覆蓋紫外到紅外波段。圖〗．５ａ為Ｋａｔａｕｒａ??教授測量到的碳納米管薄膜從紫外到紅外的光吸收譜［２５］。由圖可知，碳納米管具??有三個典型的吸收峰，分別對應(yīng)半導體性碳納米管的Ｅｌｌ、Ｅ２２和金屬性碳納米管??Ｅｎ吸收峰。Ｂｒｏｗｎ等計算了尺寸在０．７?ｎｍ到３?ｎｍ范圍內(nèi)所有手性單壁碳納米??管帶隙ＥＨ?（ｄｔ）與其直徑（０．７ｎｍ＜ｄｔ＜３ｎｍ）的關(guān)系，如圖１．５ｂ所示［２７］。利用此??圖可以迅速查找某一直徑的單壁碳納米管的帶隙值。??（ａ）?（ｂ）?ｙｕ＝２．９０ｅＶ??Ｉ?Ｉ＊??ｉ?…ｐ７Ｔｔｒ??ｉ；＾?－??〇?１?１?３?ｒ?５?￣６?０．０?１．０?２．０?３．０??Ｐｈｏｔｏｎ?ｅｎｅｒｇｙ?（ｅＶ）?＂，?［ｎｍ］??圖１．５?（ａ）碳納米管的光吸收譜；（ｂ）經(jīng)典的Ｋａｔａｕｒａ?Ｐｌｏｔ圖，計算中選取的跳躍積分為??２．９０?ｅＶ，碳管直徑分布為０，７?ｎｍ？３?ｎｍ［２７］。??Ｆｉｇｕｒｅｌ．５?（ａ）Ｌｉｇｈｔ?ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｓｐｅｃｔｒａ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｔｕｂｅｓ．?（ｂ）Ｔｈｅ?ｃｌａｓｓ

【參考文獻】：
期刊論文
[1]A Review Featuring Fabrication, Properties and Applications of Carbon Nanotubes（CNTs） Reinforced Polymer and Epoxy Nanocomposites[J]. Sobia Imtiaz,Muhammad Siddiq,Ayesha Kausar,Sedra Tul Muntha,Jaweria Ambreen,Iram Bibi.  Chinese Journal of Polymer Science. 2018(04)



本文編號：3260434