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,其長短達成5mm,經掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡視察其為非晶態的電鉆狀納米碳纖維,直徑在100nm-200nm,測試其場發射特點,開啟場強為1.6V·μm-1，最大發射直流電密度可達6mA·cm-2。
納米碳纖維(CNF)是一種纖維狀的碳資料,這種碳資料在狀態上和碳納米管(CNT)極其類似,但它們的宏觀構造卻不相反。納米碳纖維通常預示無序的非晶態構造,而碳納米管則預示為無序的晶態構造。納米碳纖維和碳納米管一樣存在許多優異的物理和化學性能,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,熱揮發催化劑法等。該署步驟制備催化劑比擬枝節,況且納米碳纖維的產量不高。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
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)。通入氮氣(氮氣旋量為100sccm),同聲通入乙炔為碳源(乙炔流量為60sccm),生短工夫10min。在氮氣掩護上升至室溫。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。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絲細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。透射電子顯微鏡預示其為非晶態的碳纖維。如圖4。
圖1 直觀狀態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在基片上成長碳纖維,制作內中比擬簡單,咱們利用極薄的鎳片在低溫下名義形變生成有數微弱的粒子作為催化劑,制作內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成內中中,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。試驗中,比照了未加水成長的納米碳纖維陣列,發現未加水時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℃左右時產生熱裂解,由此產生的碳黑遮蓋在催化劑上會使催化劑生效,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為催化劑粒子的相反晶面對碳纖維的成長體現出相反的催化活性,因為晶面的各向同性,有的晶面對合成碳源氣體成碳的內中體現出很大活性,而有的晶面則因可以與石墨層構成很強的共價鍵而可以成長碳纖維,然而因為相反晶面成長碳纖維的進度相反,招致了電鉆狀態碳纖維的涌現。而G.G.Tibbets覺得碳纖維中空管的構成是因為催化劑顆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成小顆粒,該小顆粒與基體嚴密聯合而不存在接觸須,因而更易構成實心的碳纖維構造。2.2、場發射特點綜合
因為該納米碳纖維是典型的一維碳構造物質,碳纖維存在優異的導熱性能,無須如同碳納米管一樣存在優異的場發射性能。咱們采納二極管構造測試超長納米碳纖維陣列場發射特點,真空度為2×10-4Pa,陰陽極間距為500μm,測試后果表明,納米碳纖維陣列開啟場強為1.6V·μm-1,相應的場發射直流電密度為10μA·cm-2,最大場發射直流電密度可達6mA/cm-2。如圖5。表明納米碳纖維場發射性能不亞于碳納米管。
圖5 碳納米纖維陣列場發射I-V特點曲線和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。并測試其場發射特點,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。因為電鉆納米碳纖維存在本征特點,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是測它的微波吸引特點。
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