定向碳纳米管薄膜的热CVD制备及其对微流体的减阻研究

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碳纳米管具有较高的抗拉强度,良好的导电性能和导热性能,储氢性能也较好,吸引了众多领域专家的关注。因为具有微观尺度下潜在的应用价值,碳纳米管的研究已经延伸到化学改性方面,有望应用于微流体设备中作为减阻材料。本文以镍、钴做预置催化剂和以二茂铁做催化剂前驱体,采用化学气相沉积的方法裂解乙炔,在硅片表面制备取向性的阵列碳纳米管薄膜,同时研究工艺参数中氨气刻蚀的时间和作用,载气的种类,碳源气体的浓度,温度和催化剂用量等对碳纳米管薄膜形貌的影响。结果表明:采用上述两种方法都能得到阵列的碳纳米管薄膜:氨气既作用于镍、钴催化剂颗粒,又在碳纳米管的生长初期与无定型碳发生反应,确保碳纳米管的准直性;较高的温度能使碳源充分裂解,减少无定型碳的产生;适中的催化剂用量能保证生长出来的碳纳米管具有足够的密度,从而彼此限制碳纳米管的生长方向,达到准直取向的效果,催化剂用量减少,碳纳米管弯曲度增加,准直性降低。用接触角测试仪和流变仪对实验制备的碳纳米管薄膜进行了浸润性能和对流体减阻性能的研究。实验表明:无论非定向还是取向碳纳米管薄膜,其与水滴的接触角都大于150°,呈超疏水状态:碳纳米管薄膜越致密,接触角越大;薄膜经烷基化以后,接触会稍微有所增大;碳纳米管薄膜与甘油的接触角在110°左右,呈疏油状态;无论是水介质还是甘油介质,碳纳米管薄膜都比抛光硅片具有更好的减阻性能,水为介质时,其滑移长度为几十微米,甘油为介质时,其滑移长度为100μm左右。
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