双层垂直碳纳米管阵列的单步化学气相沉积及形成机理

本期精选：目前，表面等离极化（SPP）模式的频率范围主要被金属材料所限制。因为在高介电常数的金属表面，SPP...



本期精选：

垂直碳纳米管（VACNTs）阵列在能量存储、热管理、电磁屏蔽、超强纤维、高性能电极等领域具有重要的应用及前景。多壁垂直CNT阵列的研究已有报道，但是制备过程大都采用非连续的多步CVD法，不利于实际应用。清华大学的张莹莹课题组采用单步CVD法制备了双层垂直CNT阵列，并系统研究了生长机理。用SEM和Raman跟踪了碳管的结构和缺陷浓度的演变过程。研究发现在碳管生长期间催化剂颗粒一直停留在基底上，而第二层碳管的沉积发生在约30分钟左右。在第一层CNT的生长过程中，催化剂纳米颗粒由于表面上积聚了无定形碳涂层而失活，导致第一层CNT的生长终止。之后，催化剂颗粒被气流中的氢再活化，开始第二层CNT的沉积。第二层CNT的生长使得催化剂颗粒和基底上的无定形碳涂层提升。CNT释放的机械能可提供足够大的能量以提升催化剂颗粒和基底上的无定形碳薄片，并最终停留在两层的界面处（有限元分析模拟的界面）。这项研究揭示了CVD过程中CNT生长的终止机制，以及单步CVD法生长多壁碳管的形成机理。

 全文链接：http://link.springer.com/article/10.1007/s40820-016-0113-5.

文章引用信息：
Shoumo Zhang, Deli Peng, Huanhua Xie, Quanshui  Zheng,Yingying Zhang,Investigationon the Formation Mechanism of DoubleLayer Vertically Aligned Carbon Nanotube Arrays via Single-Step Chemical Vapour Deposition.Nano-Micro Lett.Micro Lett. (2017) 9: 12.

doi:10.1007/s40820-016-0113-5

【图文阅读】



Fig. 1 Side-view SEM images of VACNTs obtained by different growth time. a) 15 min (868.9 lm in height). b) 30 min (1.6 mm in height). c) 30 min (1.9 mm in height and the height of the top layer is 1.5 mm) d) 60 min (3.1 mm in height and the height of the top layer is 1.6 mm) e) 120 min (4.6 mm in height and the height of the top layer is 1.3 mm) f) TEM analysis of CNTs.



Fig. 2 Variation of intensity ratio of G/D-band (IG/ID) of Raman spectra along the vertical direction of a double-layer VACNT array.



Fig. 3  SEM image showing the interface between the top layer and the bottom layer of a) double-layer VACNT array. b) Magnified SEM image of (a). c) SEM image showing the facture interface between top layer and bottom layer for double-layer VACNTs after pulling test with nippers. d) Magnified SEM image of the interface.



Fig. 4 Illustration showing the formation mechanism of double-layer VACNT arrays by single-step CVD method.

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