單壁碳納米管（single-wall carbon nanotubes,SWCNTs）概念上講是由石墨烯卷曲形成的一維管狀分子材料,不僅具有石墨烯優(yōu)異的力學性能、極高的載流子遷移率、良好的化學穩(wěn)定性等,而且具有結構可調的光電性質和良好的柵控特性,在光電器件、集成電路、生物醫(yī)藥等方面具備廣闊前景。然而碳納米管結構決定了其性質,結構上的微小差異將導致性質的巨大不同。例如,碳納米管結構的不同,可以是金屬性的,也可以是半導體性的;而半導體性碳納米管的能隙與其直徑近似成反比例關系。不同性質的碳納米管,應用領域不同。目前生長制備技術制備的碳納米管通常為包含各種手性和結構的混合物,由于性質的不可預測性,難以被直接應用,特別是在光電領域。近年來,發(fā)展了各種后處理分離技術,實現(xiàn)了金屬性和半導體性碳納米管、單一手性碳納米管、甚至單一手性碳納米管鏡像體的分離。在各種分離技術中,凝膠色譜法具有簡單、高效、低成本、易于自動化分離的特點,已發(fā)展成為主要的碳納米管的分離技術。然而在小手性角碳納米管（手性角<20°）,大直徑碳納米管（>1.2 nm）的分離方面仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn),而且受制于分離效率和對高... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：165 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

單壁碳納米管展開圖及各關鍵參數(shù)

與石墨烯一樣，碳納米管的六方晶格中碳原子最外層電子也以 sp2雜化成鍵。不過，碳納米管是具有高長徑比的管狀分子。我們設想將單根單壁碳納米管這種一維中空材料展開成平面，即得到了如圖1.1的類似石墨烯的晶格平面。如圖 1.1 所示，其中的 a1和 a2為基矢，向量 C = na1+ ma2被稱為手性矢量，也稱卷曲矢量，其模長為 C，與基矢 a1的夾角為 α。任何一根單壁碳納米管均可被視為沿著這樣一個矢量卷曲而成。而為了區(qū)別這些單壁碳納米管，通常以(n, m)指代之，(n, m)也被稱為手性指數(shù)[6]。圖 1.1 中的每組數(shù)字都代表了不同手性指數(shù)的單壁碳納米管對應的卷曲矢量的末端位置。通常，―不同手性碳納米管‖即指具有不同手性指數(shù)的單壁碳納米管。另外，手性角 α 和管徑 d 是可以反映單壁碳納米管能帶結構的重要參數(shù)。在晶體性質的研究中，通常通過它們來唯一確定或標定某種碳納米管的結構[7]。但在本文中主要涉及分子的分離科學領域，因而選用手性指數(shù)代指不同結構單壁碳納米管。(a) (b)

單壁碳納米管手性結構的高分辨率宏量分離制備研究態(tài)、管壁數(shù)目、直徑、表面的化學修飾情況等進行直觀的觀測[9]。TEM 表征分辨率很高，但制樣復雜，且成本高昂。AFM 作為掃描探針顯微鏡技術的一種，利用率探針與樣品間微小的原子作用力的變化，來表征樣品表面的形貌，其相對于掃描隧道顯微鏡最大的優(yōu)勢對樣品導電性沒有要求。相對于 TEM，AFM 的制樣簡單，成本更低。盡管相于 SEM，AFM 具有更高的分辨率，但 AFM 的分辨率難以支撐對碳納米管的性指數(shù)、管徑、管壁數(shù)目等結構參數(shù)的精確表征。(a) (b)


本文編號：3126813