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单壁碳纳米管薄膜与不同材料的粘附性

DOI：10.1021/acs.jpclett.9b03552 期刊：The Journal of Physical Chemistry Letters 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 单壁碳纳米管（SWCNTs）具有卓越的物理和化学特性。随机取向的SWCNTs薄膜在众多光电机械应用中潜力巨大。然而，SWCNTs薄膜与基底材料的良好粘附性对其实际应用至关重要。本研究首次利用原子力显微镜系统探究了SWCNTs薄膜与常用基底材料（如玻璃（SiO2）、氧化铟锡（ITO）、晶体硅（C-Si）、非晶硅（a-Si:H）、氧化锆（ZrO2）、铂（Pt）、聚二甲基硅氧烷（PDMS））及SWCNTs自粘附的粘附特性。通过对比空气和惰性氩气环境中的测试结果，我们发现材料表面状态对其粘附性能具有显著影响。研究表明SWCNTs薄膜在惰性气体环境中具有更高粘附力，而氟化处理能显著提升其在空气中的粘附性能。实验与理论分析表明，粘附效果取决于大气条件和表面官能化修饰。
作者： Pramod Mulbagal Rajanna，Sergey Yurevich Luchkin，Konstantin V Larionov，Artem Grebenko，Zakhar I. Popov，Pavel B. Sorokin，Mati Danilson，Sergei Bereznev，Peter D. Lund，Albert G. Nasibulin
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究单壁碳纳米管（SWCNT）薄膜在不同环境条件下与多种基底材料的粘附特性，以理解影响粘附的机制并探索在实际应用中提高粘附力的方法。

研究成果

研究表明，单壁碳纳米管（SWCNT）薄膜的粘附性受环境条件和表面功能化影响显著。在惰性气氛中观察到更高的粘附力，而氟化处理可提升其在空气中的粘附性能。这些发现为优化SWCNT薄膜粘附性提供了重要依据，尤其适用于未来卷对卷制造工艺等应用场景。

研究不足

该研究的局限性包括：赫兹模型中将针尖顶端假设为刚性球体而忽略表面粗糙度，以及在高作用力载荷下探针可能穿透网状单壁碳纳米管表面从而影响接触面积测量。此外，为简化计算，密度泛函理论模拟用石墨烯单层替代了单壁碳纳米管，这可能无法完整反映其与单壁碳纳米管的相互作用。

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