1、气流波动法实现铁填充碳纳米管气流波动法实现铁填充碳纳米管以及分支碳纳米管的可控制备以及分支碳纳米管的可控制备 碳纳米管填充技术简介碳纳米管填充技术简介 毛细管作用填充毛细管作用填充 原位填充原位填充 气流波动法在碳纳米管填充的气流波动法在碳纳米管填充的应用应用 展望展望nanowiresvarious foreign elements or compoundsthe inner cavity of the carbon nanotubesnanosize test tubesnano storage mediaIijima S.Nature，1991,354,56-58 Ajayan P M,
2、Iijima S.Nature，1993,361,333-335 30 多种元素单质或化合物形态（氧化物、碳化物、氯化物及部分硫化物、硝酸盐等其它盐类）原位填充原位填充毛细管作用填充毛细管作用填充填充机制填充机制两步法两步法(opening filling)固相熔融法，液相湿化学法，电弧放电法，催化热解法固相熔融法，液相湿化学法，电弧放电法，催化热解法模板法，电解熔盐法模板法，电解熔盐法新颖方法新颖方法传统方法传统方法两步法填充碳纳米管示意图两步法填充碳纳米管示意图发生毛细管作用的前提发生毛细管作用的前提 p 为气液界面的压力差，为液体表面张力，为液固接触角，SV为固气表面张力，SL为固液界面
3、张力，r为毛细管的曲率半径。Laplace方程结论：填充物质的固液界面张力SL越小，接触角就越小，就越容易发生毛细管作用进而填充进入碳纳米管内腔。no wettingwettingTsang SC,Chen YK，Harris PJF，Nature,1994,372,159-162Dujardin E,Ebbesen TW，Hiura H.Science,1994,265,1850-1852化学气相沉积法Ni填充的针状结构Fe 填充多壁碳纳米管Grobert N,Terrones M,Appl.Phys.,1998,67(A),1998,67(A),595Sinha AK,Hwang DW,H
4、wang LP.Chem.Phys.Lett.,2000,332,455Pradhan BK,Toba T,Kyotani T,Chem.Mater.,1998,10,2510Wu HQ,Wei XW,Shao MW,J.Mater.Chem.,2002,12(6),1919气流波动法实验装置图气流波动法实验装置图Method:sequential flow fluctuations at equal intervals during a catalytic chemical vapor deposition(CVD)processSubstrate:Al2O3carbon source an
5、d catalyst:iron(II)phthalocyanine(FePc)Wei DC,Cao LC,Fu L,Liu YQ,Adv.Mater.,2007,19,386Wei DC,Liu YQ,Cao LC,et al.Nano Lett.,2006,6,186Wei DC,Liu YQ,Cao LC,Fu L,JACS,2007,129,7364(b)在Al2O3衬底上得到铁填充CNTs的SEM图(c、d)铁填充CNTs的TEM图(e)铁填充CNTs的HRTEM图气流波动法得到的铁填充碳纳米管气流波动法得到的铁填充碳纳米管气流波动时间间隔：a)0.5,b)1,c)2,and d)4
6、min 铁粒子位置间隔:a)256nm,b)690nm,c)1.2um,and d)2.3um气流波动的时间间隔对铁粒子位置的影响气流波动的时间间隔对铁粒子位置的影响气流波动法实现铁填充碳纳米管的机理气流波动法实现铁填充碳纳米管的机理F1 and F2 indicate the adhesion forces of CNT walls and the substrate,respectively.SiO2 衬底衬底In a steady flow of 40 sccm H2 without flow fluctuation,a vertical array of CNTsgas flow fl
7、uctuates continuously in thewhole reaction process,high-yield branched junctions“Y”junctions(Figure c),multiterminal junctions(Figure d),multilevel branched junctions(Figure e),and“V”junctions(Figure f).分支碳管的类型分支碳管的类型为液体表面张力，为液固接触角T=923K,=2.387N m-1SiO2Al2O3CNTscontact anglesWad=3.756,0.558,1.018 N m1SiO2上，上，Wad(Fe/SiO2)Wad(Fe/CNTs)Al2O3上，上，Wad(Fe/Al2O3)Wad(Fe/CNTs)气流波动中不同衬底的影响气流波动中不同衬底的影响 Al2O3衬底衬底 SiO2衬底衬底F1 and F2 indicate the adhesion forces of CNT walls and the substrate,respectively.碳纳米管碳纳米管碳纳米管与填充物质之间的相互作用，包括碳管中碳原子和外来原子之间化学键的类型、长度以及外来原子在碳管晶格中位置 填充物质填充物质填充机制填充机制功能材料功能材料
