石英和導(dǎo)電碳紙基底上碳納米管陣列的可控制備.pdf

1、碳納米管(CNTs)是一種新型的準一維功能材料，其結(jié)構(gòu)類似于石墨的片層結(jié)構(gòu)，電學(xué)性能優(yōu)異，化學(xué)氣相沉積法(CVD)能夠在基底上直接生長CNTs陣列，具有操作工藝簡單、成本低廉且管徑規(guī)模大小可控等優(yōu)點。定向排列的CNTs陣列在鋰-空氣電池領(lǐng)域具有巨大的潛在優(yōu)勢，有望提高電池的能量密度。然而，目前生長CNTs陣列多采用不導(dǎo)電基底，限制了其在電化學(xué)領(lǐng)域的直接應(yīng)用，因此，我們采用CVD法分別以石英和導(dǎo)電碳紙作為基底制備出了定向的CNTs陣列，采

2、用SEM等手段進行表征，并考察了工藝參數(shù)對CNTs陣列微觀形貌的影響，得到如下結(jié)果:
　　 1、石英基底制備碳納米管陣列
　　 采用浮游催化CVD法在石英基底上成功制備出高度定向且石墨化良好的CNTs陣列，并通過考察反應(yīng)溫度、二茂鐵與二甲苯的摩爾比、反應(yīng)混合氣線速度等工藝參數(shù)對生成CNTs的微觀形貌及沉積量的影響得出，在現(xiàn)有實驗條件下，石英基底上制備CNTs陣列的最佳工藝條件為:反應(yīng)溫度為750℃、二茂鐵與二甲苯的摩爾比

3、為1/75、反應(yīng)混合氣線速度為1.35cm/s、載氣比例(Ar/H2)為7/1、H2流量為200 sccm。且反應(yīng)溫度和二茂鐵與二甲苯的摩爾比對CNTs陣列的形成具有重要影響，適當降低反應(yīng)混合氣的線速度可以減少雜質(zhì)的生成，優(yōu)化CNTs陣列的微觀形貌，CNTs的直徑和沉積量隨著載氣中氫氣流量的增加均呈現(xiàn)降低的趨勢。
　　 2、導(dǎo)電碳紙基底制備碳納米管陣列
　　 碳紙表面的預(yù)處理對化學(xué)氣相沉積法生長CNTs陣列有著極其重要的

4、影響。首先在碳紙表面涂覆一層含有催化劑前驅(qū)體的碳黑薄層—空氣電極的擴散層，然后采用CVD法成功合成了定向性良好的CNTs陣列，并通過考察反應(yīng)溫度、二茂鐵與二甲苯的摩爾比、反應(yīng)混合氣線速度、乙醇與二甲苯的摩爾比各工藝參數(shù)對生成CNTs的微觀形貌及沉積量的影響得出:
　　 1) CNTs陣列的沉積量隨溫度的升高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，最佳溫度為800℃;
　　 2)反應(yīng)混合氣線速度過低時，形成的碳管直徑小，難以維持定向性;當

5、線速度過高時，單根納米管彎曲生長，管壁缺陷較多，雜質(zhì)的生成量較大，其最佳的反應(yīng)混合氣線速度為1.40 cm/s。
　　 3)催化劑對碳納米管的微觀形貌和結(jié)構(gòu)有直接影響，當二茂鐵與二甲苯的摩爾比較低時，不利于CNTs的連續(xù)生長，長度較短;當二茂鐵的摩爾比過高時，則導(dǎo)致生成的碳管管壁缺陷較多，且生長的CNTs管徑不一，不利于CNTs陣列的生長，其最佳二茂鐵與二甲苯的摩爾比為1/30。
　　 4)二甲苯中加入適量的乙醇，能夠為