气流波动法实现铁填充碳纳米管以及分支碳纳米管的可控制备课件

气流波动法实现铁填充碳纳米管以及分支碳纳米管的可控制备气流波动法实现铁填充碳纳米管以及分支碳纳米管的可控制备

碳纳米管填充技术简介

毛细管作用填充

原位填充气流波动法在碳纳米管填充的应用展望主要内容碳纳米管填充技术简介主要内容碳纳米管填充nanowiresvariousforeignelementsorcompoundstheinnercavityofthecarbonnanotubesnanosizetesttubesnanostoragemediaIijimaS.Nature，1991,354,56-58AjayanPM,IijimaS.Nature，1993,361,333-335碳纳米管填充nanowiresvariousforeign已在碳纳米管内达成填充的元素在周期表中的分布

30多种元素——单质或化合物形态（氧化物、碳化物、氯化物及部分硫化物、硝酸盐等其它盐类）

已在碳纳米管内达成填充的元素在周期表中的分布30多种元素填充方法

原位填充毛细管作用填充填充机制两步法(openingfilling)固相熔融法，液相湿化学法，电弧放电法，催化热解法模板法，电解熔盐法新颖方法传统方法填充方法 原位填充毛细管作用填充填充机制两步两步法填充碳纳米管示意图两步法填充碳纳米管示意图发生毛细管作用的前提Δp为气液界面的压力差，γ为液体表面张力，θ为液固接触角，γSV为固气表面张力，γSL为固液界面张力，r为毛细管的曲率半径。Laplace方程结论：填充物质的固液界面张力γSL越小，接触角θ就越小，就越容易发生毛细管作用进而填充进入碳纳米管内腔。cut-offvalueat100~200mN/mnowettingwettingTsangSC,ChenYK，HarrisPJF，Nature,1994,372,159-162DujardinE,EbbesenTW，HiuraH.Science,1994,265,1850-1852发生毛细管作用的前提Δp为气液界面的压力差，γ为液体表面原位填充法化学气相沉积法Ni填充的针状结构Fe填充多壁碳纳米管GrobertN,TerronesM,Appl.Phys.,1998,67(A),1998,67(A),595SinhaAK,HwangDW,HwangLP.Chem.Phys.Lett.,2000,332,455PradhanBK,TobaT,KyotaniT,Chem.Mater.,1998,10,2510WuHQ,WeiXW,ShaoMW,J.Mater.Chem.,

2002,12(6),1919原位填充法化学气相沉积法Ni填充的针状结构Fe填充多壁碳纳气流波动法实验装置图Method:sequentialflowfluctuationsatequalintervalsduringacatalyticchemicalvapordeposition(CVD)processSubstrate:Al2O3carbonsourceandcatalyst:iron(II)phthalocyanine(FePc)WeiDC,CaoLC,FuL,LiuYQ,Adv.Mater.,2007,19,386WeiDC,LiuYQ,CaoLC,etal.NanoLett.,2006,

6,186WeiDC,LiuYQ,CaoLC,FuL,JACS,2007,129,7364气流波动法实验装置图Method:sequential(b)在Al2O3衬底上得到铁填充CNTs的SEM图(c、d)铁填充CNTs的TEM图(e)铁填充CNTs的HRTEM图气流波动法得到的铁填充碳纳米管(b)在Al2O3衬底上得到铁填充CNTs的SEM图气流波动气流波动时间间隔：a)0.5,b)1,c)2,andd)4min

铁粒子位置间隔:a)256nm,b)690nm,c)1.2um,andd)2.3um气流波动的时间间隔对铁粒子位置的影响气流波动时间间隔：a)0.5,b)1,c)2,an气流波动法实现铁填充碳纳米管的机理F1andF2indicatetheadhesionforcesofCNTwallsandthesubstrate,respectively.气流波动法实现铁填充碳纳米管的机理F1andF2indSiO2衬底Inasteadyflowof40sccmH2withoutflowfluctuation,averticalarrayofCNTsgasflowfluctuatescontinuouslyinthewholereactionprocess,high-yieldbranchedjunctionsSiO2衬底Inasteadyflowof40“Y”junctions(Figurec),multiterminaljunctions(Figured),multilevelbranchedjunctions(Figuree),and“V”junctions(Figuref).分支碳管的类型“Y”junctions(Figurec),multγ为液体表面张力，θ为液固接触角T=923K,γ=2.387Nm-1SiO2Al2O3CNTscontactanglesWad=3.756,0.558,1.018Nm–1SiO2上，Wad(Fe/SiO2)>>Wad(Fe/CNTs)Al2O3上，Wad(Fe/Al2O3)<Wad(Fe/CNTs)气流波动中不同衬底的影响Al2O3衬底SiO2衬底F1andF2indicatetheadhesionforcesofCNTwallsandthesubstrate,respectively.γ为液体表面张力，θ为液固接触角T=923K,γ=2展望碳纳米管碳纳米管与填充物质之间的相互作用，包括碳管中碳原子和外来原子之间化学键的类型、长度以及外来原子在碳管晶格中位置

填充物质填充机制功能材料展望碳纳米管碳纳米管与填充物质之间的相互作用，包括碳管中碳原气流波动法实现铁填充碳纳米管以及分支碳纳米管的可控制备气流波动法实现铁填充碳纳米管以及分支碳纳米管的可控制备

碳纳米管填充技术简介

毛细管作用填充

原位填充气流波动法在碳纳米管填充的应用展望主要内容碳纳米管填充技术简介主要内容碳纳米管填充nanowiresvariousforeignelementsorcompoundstheinnercavityofthecarbonnanotubesnanosizetesttubesnanostoragemediaIijimaS.Nature，1991,354,56-58AjayanPM,IijimaS.Nature，1993,361,333-335碳纳米管填充nanowiresvariousforeign已在碳纳米管内达成填充的元素在周期表中的分布

30多种元素——单质或化合物形态（氧化物、碳化物、氯化物及部分硫化物、硝酸盐等其它盐类）

已在碳纳米管内达成填充的元素在周期表中的分布30多种元素填充方法

原位填充毛细管作用填充填充机制两步法(openingfilling)固相熔融法，液相湿化学法，电弧放电法，催化热解法模板法，电解熔盐法新颖方法传统方法填充方法 原位填充毛细管作用填充填充机制两步两步法填充碳纳米管示意图两步法填充碳纳米管示意图发生毛细管作用的前提Δp为气液界面的压力差，γ为液体表面张力，θ为液固接触角，γSV为固气表面张力，γSL为固液界面张力，r为毛细管的曲率半径。Laplace方程结论：填充物质的固液界面张力γSL越小，接触角θ就越小，就越容易发生毛细管作用进而填充进入碳纳米管内腔。cut-offvalueat100~200mN/mnowettingwettingTsangSC,ChenYK，HarrisPJF，Nature,1994,372,159-162DujardinE,EbbesenTW，HiuraH.Science,1994,265,1850-1852发生毛细管作用的前提Δp为气液界面的压力差，γ为液体表面原位填充法化学气相沉积法Ni填充的针状结构Fe填充多壁碳纳米管GrobertN,TerronesM,Appl.Phys.,1998,67(A),1998,67(A),595SinhaAK,HwangDW,HwangLP.Chem.Phys.Lett.,2000,332,455PradhanBK,TobaT,KyotaniT,Chem.Mater.,1998,10,2510WuHQ,WeiXW,ShaoMW,J.Mater.Chem.,

2002,12(6),1919原位填充法化学气相沉积法Ni填充的针状结构Fe填充多壁碳纳气流波动法实验装置图Method:sequentialflowfluctuationsatequalintervalsduringacatalyticchemicalvapordeposition(CVD)processSubstrate:Al2O3carbonsourceandcatalyst:iron(II)phthalocyanine(FePc)WeiDC,CaoLC,FuL,LiuYQ,Adv.Mater.,2007,19,386WeiDC,LiuYQ,CaoLC,etal.NanoLett.,2006,

6,186WeiDC,LiuYQ,CaoLC,FuL,JACS,2007,129,7364气流波动法实验装置图Method:sequential(b)在Al2O3衬底上得到铁填充CNTs的SEM图(c、d)铁填充CNTs的TEM图(e)铁填充CNTs的HRTEM图气流波动法得到的铁填充碳纳米管(b)在Al2O3衬底上得到铁填充CNTs的SEM图气流波动气流波动时间间隔：a)0.5,b)1,c)2,andd)4min

铁粒子位置间隔:a)256nm,b)690nm,c)1.2um,andd)2.3um气流波动的时间间隔对铁粒子位置的影响气流波动时间间隔：a)0.5,b)1,c)2,an气流波动法实现铁填充碳纳米管的机理F1andF2indicatetheadhesionforcesofCNTwallsandthesubstrate,respectively.气流波动法实现铁填充碳纳米管的机理F1andF2indSiO2衬底Inasteadyflowof40sccmH2withoutflowfluctuation,averticalarrayofCNTsgasflowfluctuatescontinuouslyinthewholereactionprocess,high-yieldbranchedjunctionsSiO2衬底Inasteadyflowof40“Y”junctions(Figurec),multiterminaljun