這里，為了降低碳納米管纖維的接觸電阻，對其進(jìn)行宏觀致密化與雜原子摻雜，兩者間的協(xié)同效應(yīng)可以實現(xiàn)這一目的。具體來講，通過高溫?zé)釗诫s結(jié)合等離子體處理，將硼和氮原子引入到碳納米管的六方碳晶格中。此外，選擇氯磺酸在碳納米管的側(cè)壁上提供選擇性季氮組分。在此過程中，碳納米管纖維的致密化程度進(jìn)一步提高，也就減少了碳納米管間電子轉(zhuǎn)移的跳躍或隧穿距離。實驗結(jié)果表明，該碳納米管纖維實現(xiàn)了高達(dá)5896 Sm2/kg的高電導(dǎo)率。通過非均相導(dǎo)電模型的機(jī)理研究證明，碳納米管纖維的電勢壘高度降低。這些結(jié)果為使用碳納米管纖維作為導(dǎo)電材料邁出了實質(zhì)性的一步。
Figure 1.（a）碳納米管纖維的硼、氮摻雜和致密化的示意圖。（b）碳納米管側(cè)壁引入硼和氮的鍵合結(jié)構(gòu)。1200℃溫度下熱摻雜硼氮共摻雜、氮等離子體處理后，碳納米管纖維的(c) B 1s和(d) N 1s XPS光譜。
Figure 2. 不同類型碳納米管纖維的比電導(dǎo)率比較。(a)僅熱處理，(b)摻硼，(c)熱處理后致密化，(d)摻硼并致密化后的碳納米管纖維。
Figure 3．用x光顯微鏡對大尺寸內(nèi)部空隙進(jìn)行無損成像。(a)通過三維重建圖像進(jìn)行內(nèi)部空隙分布分析(尺寸10x10x40 mm)。熱處理溫度(HTT)為1200℃。（b）碳納米管的縱剖面2D圖像。
Figure 4．（a)熱處理和(b)硼摻雜的碳納米管纖維的橫截面高分辨透射電鏡圖像。在硼摻雜的情況下，在1600℃時就開始發(fā)生石墨化。
Figure 5.（a）碳納米管纖維的比電導(dǎo)率。（b）碳納米管纖維的比拉伸強度與比電導(dǎo)率的阿什比圖。
該研究工作由韓國科學(xué)技術(shù)研究院Jun Yeon Hwang課題組于2021年發(fā)表在Carbon期刊上。原文：Carbon nanotube fibers with high specific electrical conductivity: Synergistic effect of heteroatom doping and densification。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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