间接在非金属基片上成长超长直观定向纳米碳纤维
在水辅助氧化作用下,咱们间接在非金属镍片上成长出直观上定向成长的纳米碳纤维,其长短达成5mm,经扫描电子显微镜和透射电子显微镜视察其为非晶态的电钻状纳米碳纤维,直径在100nm-200nm,测试其场发射特点,开启场强为1.6V·μm-1,最大发射直流电密度可达6mA·cm-2。
纳米碳纤维(CNF)是一种纤维状的碳资料,这种碳资料在状态上和碳纳米管(CNT)极其类似,但它们的宏观构造却不相反。纳米碳纤维通常预示无序的非晶态构造,而碳纳米管则预示为无序的晶态构造。纳米碳纤维和碳纳米管一样存在许多优异的物理和化学性能,被宽泛利用于诸多畛域。通常咱们用催化热解合议制备纳米碳纤维,这种步骤中催化剂是一个要害的成分。通常制备催化剂的步骤有磁控溅射法,镀银法,热挥发催化剂法等。该署步骤制备催化剂比拟枝节,况且纳米碳纤维的产量不高。白文提出了一种在非金属镍片上间接成长纳米碳纤维的步骤,该法可大面积在非金属镍片上成长,且成长出的纳米碳纤维超长,直观定向,成电钻状。1、试验
剪取1平方厘米大小的镍片,薄厚为0104mm,放入乙醇中超声荡涤30min,存入用去离子拆洗净,用洗耳球阴干水渍,放入陶瓷舟中,将陶瓷舟放入管式电阻炉中,在炉口放一盛满水的陶瓷舟。在重氢空气中升压至700℃(重氢流量为300sccm)。通入氮气(氮气旋量为100sccm),同声通入乙炔为碳源(乙炔流量为60sccm),生短工夫10min。在氮气掩护上升至室温。样品用扫描电子显微镜和透射电子显微镜视察其宏观状态。2、后果与探讨2.1、样品表征及综合
肉眼视察,成长在镍片上的纳米碳纤维一束束成定向排列,长短达5mm。如图1示,将纳米碳纤维从镍片上剥离,可视察到阵列由头发丝细的纳米碳纤维束排列而成,如图2。SEM视察,每一束碳纤维由有数的直径在100nm-200nm之间的电钻形纳米碳纤维缠绕而成。如图3。透射电子显微镜预示其为非晶态的碳纤维。如图4。
图1 直观状态下的纳米碳纤维阵列 图2 剥离下来的纳米碳纤维束
镍是一种很好的成长纳米碳纤维的催化剂,但通常是将其利用磁控溅射或其它步骤镀在基片上成长碳纤维,制作内中比拟简单,咱们利用极薄的镍片在低温下名义形变生成有数微弱的粒子作为催化剂,制作内中容易且能一大批成长纳米碳纤维。2004年,Hata等以乙烯为碳源,采纳含有微量水的Ar或He气与重氢为载气,制备出高密度定向排列的单壁碳纳米管阵列。其中,水是弱氧化剂在纳米管的构成内中中,起到了取舍性的氧化附丽在催化剂名义的非晶碳,普及了催化剂颗粒活性的不足道作用。试验中,比照了未加水成长的纳米碳纤维阵列,发现未加水时成长的纳米碳纤维阵列较短,大概2mm长,综合其起因,乙炔在400℃左右时产生热裂解,由此产生的碳黑遮盖在催化剂上会使催化剂生效,由此显示出水这种弱氧化剂在成长碳纳米纤维时的不足道作用。
图3 电钻状纳米碳纤维SEM像 图4 纳米碳纤维的TEM像
R.T.Yang觉得电钻碳纤维的生成是因为催化剂粒子的相反晶面对碳纤维的成长体现出相反的催化活性,因为晶面的各向同性,有的晶面对合成碳源气体成碳的内中体现出很大活性,而有的晶面则因可以与石墨层构成很强的共价键而可以成长碳纤维,然而因为相反晶面成长碳纤维的进度相反,招致了电钻状态碳纤维的涌现。而G.G.Tibbets觉得碳纤维中空管的构成是因为催化剂颗粒和基体间有接触须,因而在基体上镀上的催化剂在低温下更轻易构成小液滴,小液滴与基体存在接触须而生成碳纳米管。白文中,镍片在低温下裂开构成小颗粒,该小颗粒与基体严密联合而不存在接触须,因而更易构成实心的碳纤维构造。2.2、场发射特点综合
因为该纳米碳纤维是典型的一维碳构造物质,碳纤维存在优异的导热性能,无须如同碳纳米管一样存在优异的场发射性能。咱们采纳二极管构造测试超长纳米碳纤维阵列场发射特点,真空度为2×10-4Pa,阴阳极间距为500μm,测试后果表明,纳米碳纤维阵列开启场强为1.6V·μm-1,相应的场发射直流电密度为10μA·cm-2,最大场发射直流电密度可达6mA/cm-2。如图5。表明纳米碳纤维场发射性能不亚于碳纳米管。
图5 碳纳米纤维阵列场发射I-V特点曲线和F-N特曲线3、论断
在水辅助氧化作用下,间接在非金属镍片上用催化热解法成长出了超长,直观定向的电钻状纳米碳纤维。并测试其场发射特点,该步骤为如何间接在非金属上成长纳米碳纤维提供了一个参考。同声也提供了一种容易易行的一大批制备电钻状纳米碳纤维的步骤。因为电钻纳米碳纤维存在本征特点,在微波吸引上面比曲线形碳纤维存在更大的后劲,因而咱们下一步的作业是测它的微波吸引特点。
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