間接在非金屬基片上成長超長直觀定向納米碳纖維
在水輔助氧化作用下,咱們間接在非金屬鎳片上成長出直觀上定向成長的納米碳纖維,其長短達(dá)成5mm,經(jīng)掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡視察其為非晶態(tài)的電鉆狀納米碳纖維,直徑在100nm-200nm,測(cè)試其場發(fā)射特點(diǎn),開啟場強(qiáng)為1.6V·μm-1，最大發(fā)射直流電密度可達(dá)6mA·cm-2。
納米碳纖維(CNF)是一種纖維狀的碳資料,這種碳資料在狀態(tài)上和碳納米管(CNT)極其類似,但它們的宏觀構(gòu)造卻不相反。納米碳纖維通常預(yù)示無序的非晶態(tài)構(gòu)造,而碳納米管則預(yù)示為無序的晶態(tài)構(gòu)造。納米碳纖維和碳納米管一樣存在許多優(yōu)異的物理和化學(xué)性能,被寬泛利用于諸多畛域。通常咱們用催化熱解合議制備納米碳纖維,這種步驟中催化劑是一個(gè)要害的成分。通常制備催化劑的步驟有磁控濺射法,鍍銀法,熱揮發(fā)催化劑法等。該署步驟制備催化劑比擬枝節(jié),況且納米碳纖維的產(chǎn)量不高。白文提出了一種在非金屬鎳片上間接成長納米碳纖維的步驟,該法可大面積在非金屬鎳片上成長,且成長出的納米碳纖維超長,直觀定向,成電鉆狀。1、試驗(yàn)
剪取1平方厘米大小的鎳片,薄厚為0104mm,放入乙醇中超聲蕩滌30min,存入用去離子拆洗凈,用洗耳球陰干水漬,放入陶瓷舟中,將陶瓷舟放入管式電阻爐中,在爐口放一盛滿水的陶瓷舟。在重氫空氣中升壓至700℃(重氫流量為300sccm)。通入氮?dú)?氮?dú)庑繛?00sccm),同聲通入乙炔為碳源(乙炔流量為60sccm),生短工夫10min。在氮?dú)庋谧o(hù)上升至室溫。樣品用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡視察其宏觀狀態(tài)。2、后果與探討2.1、樣品表征及綜合
肉眼視察,成長在鎳片上的納米碳纖維一束束成定向排列,長短達(dá)5mm。如圖1示,將納米碳纖維從鎳片上剝離,可視察到陣列由頭發(fā)絲細(xì)的納米碳纖維束排列而成,如圖2。SEM視察,每一束碳纖維由有數(shù)的直徑在100nm-200nm之間的電鉆形納米碳纖維纏繞而成。如圖3。透射電子顯微鏡預(yù)示其為非晶態(tài)的碳纖維。如圖4。
圖1 直觀狀態(tài)下的納米碳纖維陣列 圖2 剝離下來的納米碳纖維束
鎳是一種很好的成長納米碳纖維的催化劑,但通常是將其利用磁控濺射或其它步驟鍍?cè)诨铣砷L碳纖維,制作內(nèi)中比擬簡單,咱們利用極薄的鎳片在低溫下名義形變生成有數(shù)微弱的粒子作為催化劑,制作內(nèi)中容易且能一大批成長納米碳纖維。2004年,Hata等以乙烯為碳源,采納含有微量水的Ar或He氣與重氫為載氣,制備出高密度定向排列的單壁碳納米管陣列。其中,水是弱氧化劑在納米管的構(gòu)成內(nèi)中中,起到了取舍性的氧化附麗在催化劑名義的非晶碳,普及了催化劑顆粒活性的不足道作用。試驗(yàn)中,比照了未加水成長的納米碳纖維陣列,發(fā)現(xiàn)未加水時(shí)成長的納米碳纖維陣列較短,大概2mm長,綜合其起因,乙炔在400℃左右時(shí)產(chǎn)生熱裂解,由此產(chǎn)生的碳黑遮蓋在催化劑上會(huì)使催化劑生效,由此顯示出水這種弱氧化劑在成長碳納米纖維時(shí)的不足道作用。
圖3 電鉆狀納米碳纖維SEM像 圖4 納米碳纖維的TEM像
R.T.Yang覺得電鉆碳纖維的生成是因?yàn)榇呋瘎┝Ｗ拥南喾淳鎸?duì)碳纖維的成長體現(xiàn)出相反的催化活性,因?yàn)榫娴母飨蛲?有的晶面對(duì)合成碳源氣體成碳的內(nèi)中體現(xiàn)出很大活性,而有的晶面則因可以與石墨層構(gòu)成很強(qiáng)的共價(jià)鍵而可以成長碳纖維,然而因?yàn)橄喾淳娉砷L碳纖維的進(jìn)度相反,招致了電鉆狀態(tài)碳纖維的涌現(xiàn)。而G.G.Tibbets覺得碳纖維中空管的構(gòu)成是因?yàn)榇呋瘎╊w粒和基體間有接觸須,因而在基體上鍍上的催化劑在低溫下更輕易構(gòu)成小液滴,小液滴與基體存在接觸須而生成碳納米管。白文中,鎳片在低溫下裂開構(gòu)成小顆粒,該小顆粒與基體嚴(yán)密聯(lián)合而不存在接觸須,因而更易構(gòu)成實(shí)心的碳纖維構(gòu)造。2.2、場發(fā)射特點(diǎn)綜合
因?yàn)樵摷{米碳纖維是典型的一維碳構(gòu)造物質(zhì),碳纖維存在優(yōu)異的導(dǎo)熱性能,無須如同碳納米管一樣存在優(yōu)異的場發(fā)射性能。咱們采納二極管構(gòu)造測(cè)試超長納米碳纖維陣列場發(fā)射特點(diǎn),真空度為2×10-4Pa,陰陽極間距為500μm,測(cè)試后果表明,納米碳纖維陣列開啟場強(qiáng)為1.6V·μm-1,相應(yīng)的場發(fā)射直流電密度為10μA·cm-2,最大場發(fā)射直流電密度可達(dá)6mA/cm-2。如圖5。表明納米碳纖維場發(fā)射性能不亞于碳納米管。
圖5 碳納米纖維陣列場發(fā)射I-V特點(diǎn)曲線和F-N特曲線3、論斷
在水輔助氧化作用下,間接在非金屬鎳片上用催化熱解法成長出了超長,直觀定向的電鉆狀納米碳纖維。并測(cè)試其場發(fā)射特點(diǎn),該步驟為如何間接在非金屬上成長納米碳纖維提供了一個(gè)參考。同聲也提供了一種容易易行的一大批制備電鉆狀納米碳纖維的步驟。因?yàn)殡娿@納米碳纖維存在本征特點(diǎn),在微波吸引上面比曲線形碳纖維存在更大的后勁,因而咱們下一步的作業(yè)是測(cè)它的微波吸引特點(diǎn)。
|
