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叶 芸 等 ：不 同强酸氧化对碳纳米管场发射特性的影响 不同强酸氧化对碳纳米管场发射特性的影响 叶 芸，游玉香，汤巧治，郭太 良 (福州大学 物理与信息工程学院，福建 福州 350002) 摘 要 ： 研 究 了强 HNo。和 HNo。一H2SO 氧化对 行提纯 ，除掉残留的金属颗粒和无定形碳等杂质 ，而且 碳纳米管 (carbonnanotubes，CNTs)场发射特性的影 还能改变碳纳米管 的形貌结构 ，同时在表面引入一些 响，采用 TEM、Raman、XPS和 ．厂一E进行 了表征 。实 极性官能团。本文分别采用 HNo。和 HNO。一HzS0 验结果表明，HNo。和 HN0。一H SO 可去除碳纳米管 氧化碳纳米管，利用透射 电子显微镜 (TEM)、拉曼光 中的催化荆颗粒、无定形碳及碳纳米微粒等杂质；由于 谱 (Raman)和 x射线光 电子能谱 (XPS)表征了氧化后 H。S0 具有协同氧化和脱水作用，使得混酸氧化后的 碳纳米管 的物理及化学结构 ，讨论 了不同强酸氧化碳 碳纳米管具有更高的无序程度和缺陷密度 ，且表面存 纳米管的场发射特性 。 在 C—oH， c一0 ， o—C-一OH 等 氧 化 基 团。 2 实 验 HN03和 HNo。一H2S0 氧化碳 纳米管的开启 电场 分 别为 1．7和 1．1V／p．m，当 电场增大至 3．0V／~m 的 电 采用购 自深圳纳米港管径为 lOnm、纯度为 9O 场下对应的发射 电流密度分别为 1．8和 4．2mA／cm 。 的碳纳米管 ，称取 1g碳纳米管原始粉末 ，分别放入 关键词： 碳纳米管；场发射 ；氧化；XPS 500mL 的纯 浓 HNo。与 V (浓 HNO3)：V (浓 中图分类号： TQ342．712 文献标识码：A H SO)一1：1的混酸溶液中，并水浴加热至 9O℃，中 文章编号 ：1001-9731(2010)09-1529-03 速搅拌 ，氧化时间为 3h。待氧化结束后 自然冷却，然 后用去离子水对氧化后的碳纳米管进行超声清洗，并 1 引 言 反复漂洗抽滤至 pH值为中性。最后将抽滤的碳纳米 碳纳米管(carbonnanotubes，CNTs)自1991年 由 管缓慢加热至 8O℃热处理 1h后 ，获得 HNO。氧化和 日本科学家 Iijima发现以来[1]，以其大 的长径 比和高 HNo。一H SO 氧化的碳纳米管。 的机械强度成为极具应用潜力的一维纳米材料 ，广泛 采用 高分辨透射 电子显微镜 (HRTEM，FEIS— TWIN200kV)观察氧化后碳纳米管的表面形貌 ；利用 应用于纳米电子器件 、电化学材料 、催化剂载体及场发 射器件等 ]。 拉曼 Raman光谱 (INVIA RAMANMICROSCOPE， 人们对碳纳米管 的合成方法 、结构与性能等方面 RENISHAw)表征强氧化酸对碳纳米管的作用 ；利用 X射线光电子能谱 (XPS，EMIIscRPT)分析氧化后碳 的研究已经获得 了大量的成果[5]。然而采用 电弧法 纳米管的化学结构。不同强酸氧化后碳纳米管 的场发 和有机气体催化裂解法等制备 的碳纳米管 ，含有一些 射特性测试在真空度为 1×10 Pa真空室里进行 。将 催化剂颗粒、无定形碳及碳纳米微粒等杂质 ，给碳纳米