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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 超长碳纳米管的结构与性能4

1.2.1 超长碳纳米管的结构5

1.2.2 超长碳纳米管的性能6

1.3 超长碳纳米管的生长机理及可控制备10

1.3.1 碳纳米管的生长机理10

1.3.2 超长碳纳米管的生长模式13

1.3.3 超长碳纳米管的制备方法15

1.3.4 超长碳纳米管的结构与形貌调控18

1.4 碳纳米管的标记及可视化观测技术22

1.4.1 单根碳纳米管的直接观测技术22

1.4.2 通过包覆对荧光响应物质实现的碳纳米管标记和可视化技术23

1.4.3 通过包覆无机纳米颗粒实现的碳纳米管的标记及可视化技术24

1.5 碳纳米管的可控操纵技术26

1.5.1 基于原子力显微镜的操纵技术26

1.5.2 基于透射电子显微镜的操纵技术26

1.5.3 基于扫描电子显微镜的操纵技术27

1.5.4 其他操纵技术28

1.6 碳纳米管管层间相互滑动行为的研究29

1.7 论文的研究思路与内容安排31

第2章 超长碳纳米管的生长机理及宏观长度碳纳米管的制备33

2.1 超长碳纳米管的制备及相关设备33

2.1.1 实验装置34

2.1.2 制备条件35

2.1.3 超长碳纳米管的形貌36

2.2 超长碳纳米管的Schulz-Flory分布生长机理38

2.2.1 Scholz-Flory分布理论39

2.2.2 超长碳纳米管生长过程的特点40

2.2.3 超长碳纳米管生长过程的Scholz-Flory分布描述41

2.2.4 Scholz-Flory分布规律对超长碳纳米管制备的启示47

2.3 宏观长度结构完美的超长碳纳米管的制备48

2.3.1 影响催化剂活性概率的因素分析49

2.3.2 “移动恒温区”法实现宏观长度碳纳米管的制备51

2.4 超长碳纳米管水平阵列密度过低的机理分析54

2.4.1 催化剂区短碳纳米管与超长碳纳米管的形貌比较54

2.4.2 催化剂区短碳纳米管长度短且取向杂乱的原因54

2.4.3 超长碳纳米管密度很低的原因59

2.5 提高超长碳纳米管水平阵列密度的措施61

2.5.1 利用SiO2纳米球来阻止催化剂颗粒的聚并61

2.5.2 利用石墨烯膜阻止催化剂颗粒的聚并62

2.6 本章小结64

第3章 超长碳纳米管的光学可视化及可控操纵65

3.1 单根悬空碳纳米管上自组装无机纳米颗粒65

3.1.1 悬空碳纳米管的制备65

3.1.2 悬空碳纳米管上通过化学气相沉积法自组装无机纳米颗粒68

3.1.3 碳纳米管上无机纳米颗粒的去除72

3.2 单根碳纳米管自组装无机纳米颗粒后的光学可视化73

3.3 碳纳米管上负载无机纳米颗粒对其性能的影响74

3.4 宏观尺度下单根碳纳米管的可控操纵技术76

3.4.1 单根碳纳米管可控操纵的设备77

3.4.2 单根碳纳米管的拉伸操纵79

3.4.3 单根碳纳米管的切断和转移81

3.4.4 构建碳纳米管多级结构83

3.4.5 单根碳纳米管在电场中的响应和操纵84

3.4.6 构建碳纳米管器件85

3.5 本章小结87

第4章 超长碳纳米管的基础性质研究88

4.1 超长碳纳米管的力学性质88

4.1.1 气流吹动法测量单根碳纳米管力学性质的实验设计88

4.1.2 悬空碳纳米管在气流吹动下的受力分析及数学模型91

4.1.3 利用气流吹动法得到的超长碳纳米管的力学性质96

4.2 超长碳纳米管的电学性质102

4.3 超长碳纳米管的热学性质105

4.3.1 超长碳纳米管热传导的理论分析105

4.3.2 超长碳纳米管热传导的实验测量108

4.4 本章小结111

第5章 超长碳纳米管的管层间超润滑现象及内层抽出与应用113

5.1 超长碳纳米管管层间的超润滑现象113

5.1.1 超润滑的定义113

5.1.2 大气环境下超长碳纳米管管层间的超润滑现象115

5.1.3 超长碳纳米管管层间摩擦力的定量测量117

5.1.4 超长碳纳米管管层之间超润滑现象的机理分析123

5.2 超长碳纳米管内层的可控抽出及其应用127

5.2.1 利用卷轴抽丝法制备高密度全同手性型碳纳米管水平阵列129

5.2.2 制备特定管壁数和管径的碳纳米管132

5.2.3 制备特定结构的碳纳米管管束134

5.3 本章小结136

第6章 结论137

参考文献142

索引163

在学期间发表的学术论文与研究成果164

致谢168