氧气与水对碳纳米管纤维电子特性的影响

黎业生等:氧气与水对碳纳米管纤维电子特性的影响

()文章编号:１００１Ｇ９７３１２０１５０３Ｇ０３０３７Ｇ０４

０３０３７

氧气与水对碳纳米管纤维电子特性的影响

()江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州３４１０００

摘　要:　由于碳纳米管特殊的中空结构及高的比表面积,其对气体与液体的吸附有极大的先天优势.研究了不同环境下碳纳米管纤维对氧气与水分的吸附与解吸过程中其电子特性变化.电弧实验表明,碳纳米管纤维在较低电压(与相应电流下(可≤３０V)＜２A)以产生强烈电弧,同时局部产生高温;高温易使纤维对氧气产生解吸,从而引起纤维电阻增大.室温条件下碳纳米管纤维对空气中水分子的吸附较对氧分子要强,水分子吸附增加了其表面羟基基团,使得其内部空穴数量减少,导电性降低,纤维电阻增大.关键词:氧气;水分;电子特性　碳纳米管纤维;:/DOI１０．３９６９i．ssn．１００１Ｇ９７３１．２０１５．０３．００７j中图分类号:　TB３４

文献标识码:A

黎业生,张伟波,赵　曼,陈德明,吴子平

]１２Ｇ１７]１８Ｇ２０

,法[制备合成.通过碳纳米管纺丝技术[将反

应管口生成的碳纳米管宏观管状连续体纺成一定直径、无限长碳纳米管纤维.该碳纳米管纤维具有较强长度为６其宏观形貌如图１(所示.１mm,５mm,a)

()图１所示为碳纳米管纤维经分散、纯化后碳纳米管b透射电子显微镜(下形貌,图中整齐排列的碳纳TEM)米管管束具有光滑的表面,管壁也清晰可见,显示其较好的石墨化程度.

的柔韧性,可任意剪切与弯曲.裁剪后纤维的直径为

１　引　言

１]

,以来[碳纳米管的各种性质被人们所关注.碳纳米

自１９９１年日本物理学家饭岛澄男发现碳纳米管

管巨大的比表面积特性,使其在吸附性能方面有着重要的研究价值.国内外报道了很多有关碳纳米管吸附的研究.如单壁碳纳米管对NONH３的气敏性研２、２]

,究[多壁碳纳米管对NOH２、NH３的气敏性研２、

３Ｇ５];究[无机WeiChen等研究了碳纳米管对多环芳烃、]２＋６

;离子以及对水中氟离子和重金属离子P的吸附[b

裘凯栋研究了碳纳米管对水溶液中六价铬的吸附净

７]

;化[曾伟欢采用几种不同的来源的碳纳米管进行了８]

.铅离子的吸附实验[

碳纳米管在制备及性能研究过程中,较难避免不

暴露于空气中,而碳纳米管的电子特性不仅与其本身

]９

,的直径和空间螺旋特性有关[空气中氧气和水分子]１０Ｇ１１

.本文用碳纳米管纤维在较也会影响其电学性质[

低电压(与电流(下产生电弧,引起局部≤３０V)＜２A)升温的特性,以空气中氧气和水分子为吸附质,碳纳米管纤维为吸附剂,探究不同条件下空气中氧气和水分子对碳纳米管纤维电子输运特性的影响.

FiNTsmacroＧfiberandTEMimaeofCNTsg１Cg

　　图２所示为低波频段波数在０~３００cm－１的范围０~３００cm－１频段内出现了４９．１,５３．５和６１．１cm－１

根据公式３个振动峰,

２２３．８

d＝

ω

　　式中,d为碳纳米管的直径,nm;ω为碳纳米管环呼吸振动峰的波数,可得出碳纳米管纤维主要由直cm－１;径为３．６６~４．５６nm的单壁和双壁碳纳米管组成.内碳纳米管纤维的拉曼光谱表征.从图２可看出,在

图１　碳纳米管宏观纤维和碳纳米管的TEM照片

２　实　验

２．１　碳纳米管宏观纤维的制备及形貌特征

碳纳米管宏观纤维采用催化裂解的化学气相沉积

)基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１２０２０９５

:收到初稿日期:收到修改稿日期:通讯作者:黎业生,２０１４Ｇ０５Ｇ１４２０１４Ｇ１１Ｇ０７EＧmaillieshen＠sohu．comyg

,作者简介:黎业生　(男,江西南康人,硕士,教授,从事碳纳米管性质研究.１９６６－)