碳纳米管/石墨烯研究
碳纳米管(CNTs)/石墨烯(graphene), 由于其独特的结构、电学、化学、光学、热学和机械性能,目前正得到世人的广泛研究。在下一代微纳电子、光电探测器、生化传感器、能量转化和储存、高性能平板显示器和一些机械材料中都具有潜在的应用前景。而对这些应用中的大多数而言,了解和掌控碳纳米管/石墨烯的结构、物理和化学性能都是必不可少的。我们研究组一直着力于以碳纳米管/石墨烯为基合成新型纳米结构的合成并测量研究它们的物理化学性能,同时开发以碳纳米管/石墨烯为基的纳米器件。
我们正致力于在硅、玻璃和一些其它基体上大面积合成分布均匀、直径和长度可控、排列整齐的碳纳米管阵列。图1所示是用化学气相沉积法制备的整齐排列碳纳米管的扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)图片。
我们一直在努力寻求提高碳纳米管场发射性能的途径并开发其在电子发射器件领域的应用。图2所示是生长在被载能离子束轰击过的硅基底上碳纳米管阵列的场发射性能。从中可以看到基底经过载能离子束预处理之后,碳纳米管阵列具有高的场发射电流密度和良好的稳定性。
石墨烯阵列的CVD无催化合成
我们正致力于在硅、SiO2、DLC薄膜和CNT等基体上大面积合成分布均匀、尺寸可控、排列整齐的石墨烯阵列。图3所示是用化学气相沉积法无催化制备的多层石墨烯片的扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)图片。
我们一直在努力寻求提高以碳纳米管为基体的场发射材料并开发其在电子发射器件领域的应用。图2所示是用化学气相沉积法无催化制备的多层石墨烯片/CNT复合结构阵列的场发射性能。从中可以看到在CNT阵列基础上复合石墨烯片能够大幅度提高纳米结构阵列的场发射性能。
碳纳米管结构和性能的载能束调控研究
元素掺杂和化合物形成能够改变碳纳米管的结构和导电性、调整其功函数。为了提升纳米结构的场发射性能,我们引入了载能离子束处理工艺来合成以碳纳米管为基的一维新型纳米结构。图5和图6分别给出了经载能银离子束辐照后形成的包覆有纳米银颗粒的碳纳米线/碳纳米管异质纳米结构的形成和其场发射性能,其开启场和阈值场分别为0.676 V/μm 和1.087 V/μm,是目前获得的较低开启场和阈值场数据之一。同时我们也对碳纳米管中掺杂其它元素(诸如锌、硅和钛等)进行了研究,形成了掺杂碳纳米线/碳纳米管异质结构纳米阵列。
碳纳米管的光电性能研究
我们还对碳纳米管的光电响应特性进行研究。目前我们研究分析了碳纳米管薄膜和阵列的光电响应特性,致力于开发针对不同应用领域的光电器件,如光电探测器和水电解以及水光电解等方面的应用。图7所示为载能碳离子束辐照后的碳纳米管的光电响应特性。
参考文献
1. Jian-hua Deng,Rui-ting Zheng,Yong Zhao,and Guo-an Cheng, Vapor-Solid Growth of Few-Layer Graphene Using Radio Frequency Sputtering Deposition and Its Application on Field Emission, ACS Nano, VOL. 6 P3727–3733 (2012).
2. Huaping Liu, Guo-An Cheng, Changlin Liang and Ruiting Zheng, Fabrication of silicon carbide nanowires/carbon nanotubes heterojunction arrays by high-flux Si ion implantation, Nanotechnology, 19: 245606 (2008) .
3. Ke-fan Chen, Jian-hua Deng, Fei Zhao, Guo-an Cheng, Rui-ting Zheng, Fabrication and Properties of Ag-nanoparticles Embedded Amorphous Carbon Nanowire/CNT Heterostructures, Nanoscale Res Lett., 5:1449–1455(2010).