碳氮納米錐陣列的制備、表征及其光電性質(zhì).pdf

1、碳氮納米材料有著許多優(yōu)良的特性，如高硬度、抗腐蝕、耐磨損、耐高溫、高導(dǎo)電、優(yōu)異的場(chǎng)致電子發(fā)射性能等，因而受到廣泛的關(guān)注。多年來(lái)研究主要集中在碳氮納米顆粒或薄膜，而對(duì)碳氮納米錐的研究極少，碳氮納米錐陣列由于其特有的形貌、結(jié)構(gòu)和光電性能，在場(chǎng)發(fā)射顯示陰極材料、掃描探針、太陽(yáng)能電池電極方面有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文的研究?jī)?nèi)容可以分為兩個(gè)部分:一是采用輝光放電等離子體化學(xué)氣相沉積(GPCVD)方法，在Ni催化劑層上制備碳氮納米錐陣列;

2、二是采用脈沖激光燒蝕沉積(PLD)的方法，在氮?dú)獗尘皻夥障轮苽涮嫉{米薄膜。
　　一、用GPCVD方法在不同CH4/N2比率下制備了碳氮納米錐陣列，F(xiàn)ESEM照片顯示，不同CH4/N2比率下制備的碳氮納米錐的尺寸隨著CH4/N2比率的增加逐漸增大。TEM、SAED和EDS結(jié)果表明，不同CH4/N2比率下的碳氮納米錐錐體主要由中間黑色Ni通道和周圍無(wú)定形灰色CNx區(qū)域組成，在CH4/N2=1/20時(shí)，在黑色Ni通道附近發(fā)現(xiàn)了β-C3

3、N4晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)CH4/N2比率從1/20增加到1/5，納米錐中C元素的原子占比增加，N元素的占比則下降。紫外可見(jiàn)吸收光譜表明，在200-900nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，樣品都有很好的吸收，當(dāng)CH4/N2=1/5時(shí)吸收率在78％-86％。電學(xué)測(cè)量結(jié)果表明，當(dāng)CH4/N2比率從1/80增加到1/5時(shí)，碳氮納米錐的電阻率從1.01×10-3Ω·m減少到6.45×10-5Ω·m，表明樣品具有良好的導(dǎo)電性。同時(shí)，通過(guò)與有機(jī)聚合物浸潤(rùn)實(shí)驗(yàn)表明，納米錐對(duì)聚合

4、物具有很好的浸潤(rùn)性。上述結(jié)果表明，碳氮納米錐具有良好的導(dǎo)電性、寬光譜高光吸收性和對(duì)聚合物很好的浸潤(rùn)性，因而其在光電器件和聚合物/無(wú)機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池中具有很好的應(yīng)用前景。
　　二、用PLD方法在不同的氮?dú)獗尘皻鈮合轮苽淞颂嫉{米薄膜，F(xiàn)ESEM照片顯示，隨著氮?dú)鈿鈮旱脑黾樱苽涞谋∧け砻骖w粒的尺寸越來(lái)越大。XPS結(jié)果表明，隨著氮?dú)鈿鈮旱脑黾?，薄膜中氮的含量基本不變，但是在C1s峰中sp2/sp3鍵態(tài)比例有所增加，說(shuō)明薄膜的石墨化程度