[发明专利]一种分析单壁碳纳米管高压形变及恢复过程的方法

说明书

本发明公开了一种分析单壁碳纳米管高压形变及恢复过程的方法，将三组单壁碳纳米管分别置入用于调节压力和温度的金刚石对顶砧中，第一组控制相同的温度和单壁碳纳米管直径，调节不同的压力作为对照；第二组控制相同的温度和压力，选择不同直径的单壁碳纳米管作为对照；第三组控制相同单壁碳纳米管直径和压力，调节不同的温度作为对照。本发明能够揭示单壁碳纳米管的形变恢复时间与环境压强、温度、纳米管的直径之间的关系，并能够预测不同种类单壁碳纳米管形变恢复的方式和能量阈值。

技术领域

本发明涉及一种分析单壁碳纳米管高压形变及恢复过程的方法，属于碳纳米技术领域。

背景技术

单壁碳纳米管(Single walled carbon nanotubes,SWNTs)的几何结构可以看作是由单层石墨烯卷曲而成，其具有优异的电学、力学、光学等性质。这些性质使得单壁碳纳米管应用于多种领域，包括传感器，高频振荡器，纳米级镊子，甚至航天器主体。为了实现规模化应用并为社会创造财富和价值，研究者需要对它进行更多方面更深层次的研究，因此在不同环境下单壁碳纳米管的简单快速表征是必要的条件。

目前常用的分析碳纳米管的手段有透射电子显微镜、扫描隧道显微镜和原子力显微镜等方法，透射电子显微镜是通过把聚焦电子束投射到样品上，分析透过样品的透射电子束或衍射电子束所形成的图像实现对样品的表征。但是对样品的制备要求高，同时会造成样品损伤；扫描隧道显微镜是利用量子隧穿效应，通过电荷慢慢扫描样品得出相应的图像，该方法能够提供碳纳米管的表面形貌和态密度，但表征条件要求苛刻，不适合大规模表征，缺乏实用性；原子力显微镜利用原子间距离小到一定程度以后，原子间的作用力将迅速上升的原理来研究物质的表面结构及性质，该方法能够在平整基底上得到碳纳米管的管径信息，导电原子力显微镜能够确定样品的金属性或半导体性，然而得到管径的准确性局限在相对值，绝对值也存在一定偏差。

拉曼散射是一种非破坏性的研究物质结构特性的技术，应用这一原理，拉曼光谱(Raman Spectra)成为目前表征和研究SWNTs的最方便而强大的手段之一。相比前几种表征方法，拉曼光谱它既可以帮助确定SWNTs的直径、手性、导电性质，还可以用于研究SWNTs的形变、温度、缺陷等一系列特性。一级拉曼光谱只涉及布里渊区中心点附近的晶格振动模，理论预测SWNTs有15-16个拉曼活性模。其中实验中较易观测和常用于分析的一级拉曼峰包括：位于180cm-1附近，频率与碳纳米管直径成反比的径向呼吸模(Radial breathingmode,RBM)；在1550～1600cm-1范围内，所有石墨材料共有的正切拉伸模(G mode)；以及在1250～1450cm-1范围内，表征样品缺陷和杂质的D模(D mode)，D模常常用于表征sp2轨道杂化的缺陷，其峰值强度正比于样品的缺陷程度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种分析单壁碳纳米管高压形变及恢复过程的方法。本发明能够揭示单壁碳纳米管的形变恢复时间与环境压强、温度、纳米管的直径之间的关系，并能够预测不同种类单壁碳纳米管形变恢复的方式和能量阈值。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种分析单壁碳纳米管高压形变及恢复过程的方法，将三组单壁碳纳米管分别置入用于调节压力和温度的金刚石对顶砧中，第一组控制相同的温度和单壁碳纳米管直径，调节不同的压力作为对照；第二组控制相同的温度和压力，选择不同直径的单壁碳纳米管作为对照；第三组控制相同单壁碳纳米管直径和压力，调节不同的温度作为对照；各组单壁碳纳米管在受到金刚石对顶砧的高压后会缓慢恢复，过程中入射激光经过增强自发辐射抑制滤波器的过滤后发射至单壁碳纳米管形成拉曼散射，散射光随后经偏振片到达超窄陷波滤波器，超窄陷波滤波器过滤散射光中的瑞利散射，保留超低频区域信号通过；超低频区域信号经过光栅后进入电子倍增CCD，电子倍增CCD快速地探测信号并在很大程度上增强信号噪音比；通过分析拉曼光谱的D模，第一组用于得出单壁碳纳米管在不同压力下的截面形变程度，第二组用于得出不同直径的单壁碳纳米管对于形变恢复时间的影响，第三组用于得出不同温度对于单壁碳纳米管受压形变恢复过程的影响；将Arrhenius方程用于单壁碳纳米管的形变应用分析，得到单壁碳纳米管的形变恢复的能量阈值。