Study of RF Sputtered Antimony Alloyed Bismuth Vanadium Oxide (Sb:BiVO4) Thin Films for Enhanced Photoelectrochemical (PEC) performance from Bandgap Modulation to Thickness Optimization
单斜白钨矿钒酸铋（BiVO 4）是一种很有前途的水分解光阳极，但由于其相对较高的带隙（2.4eV），PEC性能受到限制。在这里，我们成功地降低其带隙为1.72 eV的控制锑合金化。采用固相反应法制备了Sb：BiVO 4（Sb：BiVO 4）低禁带薄膜。几个生长参数，粉末晶体学，沉积后的影响，和表面处理，厚度依赖性，电解质对光腐蚀的影响进行了研究，随着其光学和电化学特性。我们发现Sb：BiVO_4是一种在可见光范围内（1.72 eV）的直接带隙材料，其价带位置适合于在光照下驱动水的氧化反应。此外，空穴扩散长度增加与锑合金化，并达到最佳的厚度为400 nm的更高的光电流。可控制备的Sb：BiVO 4颗粒在室温沉积中具有10-15 nm的尺寸，并且在空气退火下可以生长至0.5微米。
2019-11-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Combine Influences of Nanoparticulate Hematite Thin Film Thickness, Roughness, and Weight on Its Photoelectrochemical Performance and Viscous/ Thermal Characteristics of Source Precursor
本文研究软化学法制备的纳米赤铁矿薄膜，比较浸涂与旋涂工艺，发现粗糙表面是获得良好光电化学性能的关键，并系统分析了前驱体的粘性与热特性。
2024-03-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Comparative Study of RF Sputtered Ba2(BiNb)O6 and Ba2Bi1.4Nb0.6 O6 thin films and Effect of Fluorine Doping in Their Photoelectrochemical (PEC) Performances
铋系三元氧化物光催化剂在光电化学分解水方面具有重要的应用价值。然而，这些氧化物在不同的环境中是高度稳定的，它们的相对惰性限制了可用的合成路线以获得最终产物的所需化学计量。本报告描述了一种通过烧结单个氧化物的混合物来制备钡铋酸盐（具体地，Ba 2（BiNb）O6和Ba 2 Bi 1.4 Nb 0.6 O6）靶的方法，并成功地在TCO衬底上制备了所需的钡铋酸盐薄膜。系统地研究了薄膜的表面形貌、物理和化学性能。在氧氩等离子体环境中溅射获得了成分均匀的薄膜，并在后续的表面处理后观察到更高的光催化活性。氟化钠表面处理进一步提高了光电流密度，改善了电极的抗腐蚀稳定性。这项工作进一步提出了一种可行的方法，以提高PEC性能的溅射钡铋酸盐通过调制其基本的能量状态。
2019-11-27 physics.app-ph
High Rate Hybrid MnO2@CNT Fabric Anode for Li-Ion Batteries: Properties and Lithium Storage Mechanism by In-Situ Synchrotron X-Ray Scattering
通过在导电载体上纳米结构化过渡金属氧化物来生产可充电锂离子电池的高性能阳极。在这里，我们展示了直接生长到碳纳米管纤维织物上的MnO 2的混合材料，其在25 mA/g和5 A/g的放电电流密度下分别表现出超过1100和500 mAh/g的显着比容量，库仑效率为97.5%。结合在5A/g的电流密度下1500次循环后97%的容量保持率，容量和稳定性均显著高于文献数据。电化学和原位同步辐射X射线散射研究表明，在恒电流循环过程中，MnO 2发生了不可逆的相变，LiMnO 2通过嵌锂过程存储锂，随后发生转化机制和赝电容过程。拉曼光谱和X射线光电子能谱学进一步证实了这一机理。当电流密度为25 mA/g ~ 5 A/g时，赝电容电荷存储率为27%~ 83%.活性材料与内置集电器的牢固连接使得电极具有柔性和机械坚固性，并确保在活性材料的不可逆相变和长时间循环之后保持低电荷转移电阻和高电极表面积。
2020-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Growth and Characterization of Multi-Walled Carbon Nanotubes using Chemical Vapor Deposition
本研究以丙烷为碳源，硅为催化剂载体，采用化学气相沉积法合成了多壁碳纳米管。研究了CVD工艺参数如温度、催化剂的选择等对碳纳米管生长行为的影响，以了解碳纳米管的催化生长。过渡金属催化剂Fe和Ni以元素金属形式和金属络合物形式使用。在元素金属催化剂的情况下，使用热蒸发将相应的金属沉积在Si衬底上，然后通过CVD合成纳米管。采用元素金属催化剂合成的碳纳米结构的后续研究揭示了温度和催化剂材料对CNT结构的显著影响。使用镍催化剂合成的碳纳米管是竹节状的，而使用铁催化剂开发的碳纳米管是部分金属填充的直管。因此，已经提出了不同的生长机制的生长模型。通过在Si衬底上采用金属络合物催化剂材料的旋涂克服了上述方法的某些限制。使用金属络合物催化剂的纳米管的CVD合成总是导致部分催化剂填充的CNT。更重要的是，金属络合物催化剂可以很容易地图案化的Si基板上使用旋涂和光刻，这导致部分催化剂填充的多壁碳纳米管的位置选择性生长。由于位置选择性生长的整个过程是适合于传统的设备制造，这种方法是一个有前途的和实际的途径，大规模制造的几种磁性材料填充的CNT基器件。
2018-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Revealing the Mechanism of Electrochemical Lithiation of Carbon Nanotube Fibers
碳纳米管（CNTFs）的连续纤维织物是用于多功能能量存储装置的有吸引力的材料，无论是作为集流体还是作为活性材料。尽管具有相似的化学组成，但CNTF中的锂化/脱锂作用与传统的石墨电极有很大不同。在CNTFs中，这个过程主要是表面过程，插入束间隙，电化学掺杂和经常被忽视的sp2晶格在循环时的部分降解。通过广泛的电化学分析，结合原位拉曼光谱测量，我们分析了高度结晶的碳纳米管纤维的复杂锂化行为。CNTF可以可逆地存储锂，具有高的比容量和倍率性能，这要归功于大的电容贡献。在锂化后，它们经历电化学掺杂，纵向电导率增加多达100%，伴随着拉曼光谱的大幅下移。然而，CNTF也受到高的首次循环不可逆容量、电压滞后和循环时的非晶化的影响。电化学分析证实，SEI的形成是负责的第一个循环的不可逆容量。电压滞后主要归因于堆叠纳米管之间的间隙中的锂离子的捕获。另一个主要特征是预先存在的缺陷，这促进了电容存储，但导致CNTF的渐进非晶化。事实上，已经证明，在没有预先存在的缺陷的超纯CNTF中阻碍了不期望的非晶化。
2020-08-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Processing and Mechanical Property Characterization of Aligned Carbon Nanotube Carbon Matrix Nanocomposites
包括碳纳米管（CNT）对齐的纳米线（NW）聚合物纳米复合材料（A-PNC）的材料正在成为用于航空航天结构的下一代材料。增强的操作制度，如操作温度，激励CNT对齐NW陶瓷基纳米复合材料（A-CMNC）的研究。在这里，我们报告了通过CNT A-PNC前体的热解合成CNT A-CMNC，从而产生碳基质CNT A-CMNC。表征表明，使用这种方法可以制造高强度，高温，轻质的下一代航空航天材料。计划进行更多的表征和建模。
2017-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Controlled electrochemical functionalization of CNT fibers: structure-chemistry relations and application in current collector-free all-solid supercapacitors
纳米碳的化学官能化是通过产生具有额外法拉第贡献的表面官能团、通过增加它们的表面积和相应的电容贡献以及通过改善与水性电解质和其它活性材料（例如赝电容金属氧化物）的相容性来产生具有更高能量/功率密度的电化学系统的重要策略。在这里，我们提出了一种电化学方法，同时溶胀和功能化的碳纳米管，使材料亲水性的宏观纤维织物组成的大电极，并产生比电容和能量密度在水性电解质的大幅增加。通过拉曼光谱、透射电子显微镜、X射线光电子能谱（XPS）和小角X射线散射（SAXS）对碳纳米管纤维（CNTF）进行深入表征，我们确定了对这种改进的各种贡献，包括表面氧化、管状解链、解束和束间溶胀。通过分析极性和非极性液体在电极中的扩散动力学，确定功能化CNTF的亲水性变化。提取的接触角和极性和色散的表面能成分为不同的处理条件下是一致的偶极距的变化通过XPS获得。最后，功能化CNTF电极中采用的电流收集器自由固体柔性超级电容器，这表明增强的电化学性能相比，所产生的疏水性。
2020-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Chip-Scale Aligned Chiral Carbon Nanotubes Exhibiting Giant Second Harmonic Generation
Rice University（莱斯大学）；University at Buffalo（布法罗大学）；J.A. Woollam Co., Inc.（J.A. Woollam 公司）；Lebanese University（黎巴嫩大学）；University of Utah（犹他大学）；Tokyo Metropolitan University（东京都立大学）
该研究通过合成大规模对齐的单对映体螺旋碳纳米管薄膜，实现了对螺旋碳纳米管内在手性和反演对称性破缺的利用，观测到巨大小二倍频生成，展示了其在可扩展的螺旋碳纳米管电子和非线性光子学中的应用潜力。
2026-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Carbon nanotube synthesis and spinning as macroscopic fibers assisted by the ceramic reactor tube
碳纳米管（CNT）的宏观纤维已经成为一种理想的结构，以利用CNT构建块的特殊性能，应用范围从能量存储到结构复合材料的增强。可控合成和可扩展性是进一步实现CNT纤维潜力的最紧迫挑战之一。这项工作表明，在研究和工业中使用的直接纺丝方法中，在浮动催化剂化学气相条件下，陶瓷反应器管在CNT生长中发挥了意想不到的积极作用，例如，当莫来石（Al 4 + 2xSi 2 - 2xO 10-x（x = 0.4））代替氧化铝（Al 2 O3），但在层数、纯度或石墨化度方面不影响CNT形态。这种行为已被证实为不同的碳源和生长时，无论是主要的单壁或多壁碳纳米管通过调节促进剂浓度。在CNT纤维织物样品中偶尔发现的大Si基杂质的分析（归因于最终被困在多孔纤维中的反应器管碎片）表明反应器管的作用是催化烃的热分解，烃随后与漂浮的Fe催化剂纳米颗粒反应并产生CNT的挤出和气凝胶的形成。反应器气体分析证实，在不存在Fe催化剂颗粒的情况下发生碳源的广泛热分解，并且不同碳物质（例如二氧化碳和乙烯）的浓度对反应器管类型敏感。这些发现为通过在催化剂颗粒处将前体分解与CNT挤出解耦来控制CNT纤维的合成开辟了新途径。
2020-11-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-current CNT films grown directly on commercially available 2.5D substrates for low-voltage field-emission electron sources
碳纳米管（CNT）基电子器件在超硅固态电子学和真空微纳电子学领域具有广阔的应用前景。尽管CNT场效应晶体管相关的固态电子学取得了快速进展，但基于CNT的真空纳米电子器件的发展基本上受到要求在低工作电压下的高电流场发射（FE）电子源的长期挑战的阻碍。除了碳纳米管本身的性质外，场发射特性还受到衬底形貌和界面状态的影响。这项工作表明，在相对较低的工作电压下，通过使用直接在市售的2.5D基板上生长的CNT膜，具有匹配的特征尺寸和改善的界面接触的高电流FE特性。模拟结果表明，市售的2.5D基板，包括镍泡沫（NiF）和碳布（CC）与适当的特征尺寸将显着地有助于提高发射电流在一个相对较低的电压。改进的制造工艺导致CNT和下面的2.5D衬底之间的接触改善。通过在随机挑选的NiF上直接生长的CNT实现的二十倍更高的发射电流密度和减半的较低的开启电场显示了具有良好接触的2.5D衬底在改善FE特性方面的潜力。最后，高发射电流（6 mA）与约75%的开启电场下降实现匹配的特征尺寸的2.5维基板与碳纳米管，使我们显着接近可靠的高电流和低电压FE电子源的实际应用。
2021-03-09 physics.app-ph
Origin of the electrocatalytic activity in carbon nanotube fiber counter-electrodes for solar-energy conversion
然而，它们的电催化活性仍然知之甚少。本工作破译的反电极（CE）/电流收集器的催化活性的起源的自立碳纳米管纤维（CNTfs）使用Co $^(+2)$ /Co $^(+3)$氧化还原对电解质。这是基于应用于对称电化学电池的新电极和用过的电极的全面电化学和光谱表征，使用铂基CE作为参考。作为最相关的发现，建立了两个直接关系：i）极限电流和稳定性随着含氧官能团的表面浓度迅速增加，和ii）催化电势与散布在CNTf网络中的残留金属Fe催化剂纳米颗粒的量成反比。最后，金属纳米颗粒含量和官能化程度的微调使得能够制造具有钴电解质和CNTf-CE的高效且稳定的染料敏化太阳能电池，其性能优于具有参考Pt-CE的那些。
2021-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tunable and saturated structural colors from carbon nanotubes incorporated highly ordered photonic opals
基于聚合物纳米颗粒的自组装的合成蛋白石通常由于结构中太多的晶格缺陷而产生暗淡/苍白的结构色。在这里，我们生产的碳纳米管（CNT）纳入高品质的三维光子蛋白石（PC-CNT）蒸发自组装。虽然碳纳米管只占所制备的光子蛋白石的0.01%，但它们的可控掺入具有显著的效果，可以将光子晶体的颜色从乳白色改变为强烈的红色。微观研究表明，CNT的掺入并没有影响光子晶体的晶格有序性。结构色的可调性，作为入射角的函数，进行了测试，并根据布拉格-斯内尔定律变化。此外，我们测试了光子蛋白石的机械致变色传感，证明了它们作为视觉指示剂的潜力。这种可调PC-CNT带来了许多可能性，包括应变传感或结构健康监测，以及根本利益。
2020-09-19 physics.app-ph
One-directional thermal transport in densely aligned single-wall carbon nanotube films
单个碳纳米管（CNT）具有极高的热导率。然而，到目前为止，宏观组装的碳纳米管的热导率和它们的各向异性仍然很小。在这里，我们报告的结果，定向热传输测量上的一个近乎完美的对齐CNT薄膜通过控制真空过滤制造。我们发现其热导率为43 +- 2.2 W·m^-1·K^-1，热各向异性达到了创纪录的500。从热导率的温度依赖性和它的协议与原子声子输运计算，我们得出结论，管间热阻对热传导在排列方向上的影响是可以忽略不计的，因为碳纳米管之间的大接触面积。因此，这些观察结果代表了理想的单向热传输，即，膜的热导率仅由单个CNT的热导率决定。
2019-11-26 physics.app-ph
Carbon nanotube-copper fibers produced by electrospinning: electrical conductivity measurements
纳米技术的最新进展提供了在导电性、重量和载流量方面有可能超过铜和铝合金的新材料[2-6]。在这些碳纳米管（CNT）中，由于其显着的导热性和导电性和载流量（铜的103倍），低密度，丰富的前体材料和最高的机械性能而脱颖而出。然而，将这些材料制成连续纤维或宏观结构仍然是主要障碍。解决这个问题的一个有前途的方法是采用碳纳米管作为铜基体中的纳米填料。Subramaniam等人[5]结合了几种简单的制造方法来生产高密度CNT（45体积%）-Cu复合薄膜，其电导率比铜高26%。这些结果表明，通过改善碳纳米管和铜基体之间的界面相互作用，可以制成强和高导电性的纳米复合材料。本研究采用静电纺丝法制备了连续的碳纳米管-铜纳米复合材料。为了改善界面相互作用，首先使用无电沉积方法在CNT的表面涂覆一层薄的铜（该过程在[7]中详细解释）。
2018-11-19 physics.app-ph
Numerical Studies of Optimized Designs for Carbon Nanotube Microstrip Antennas
我们进行系统的数值模拟碳纳米管（CNT）薄膜微带天线制造灵活和耐用的应用程序中的各种设备的设计参数。选择合适的导电薄膜材料和基底材料是提高微带天线辐射效率、降低损耗和保持机械性能的关键。碳纳米管作为一种有前途的纳米材料，表现出优异的电学和机械性能，是微波可穿戴设备的理想特征。考虑到导体和基板的材料性质，我们检查CNT膜的导电率，导电膜厚度，以及介电常数和基板的厚度的可能范围。此外，我们在碳纳米管膜的电导率的非均匀空间分布模型，以评估其对天线性能的影响。我们广泛的材料常数和电导率的空间图案的研究提出了最佳的微带天线的CNT导电膜工作在微波频率的设计准则。
2022-06-18 physics.app-ph
Ultrafast carbon nanotube photodetectors with bandwidth over 60 GHz
未来芯片内和芯片间的互连链路要求光电探测器具有高带宽、超宽波段、紧凑的基底面、低成本以及与硅互补金属氧化物半导体（CMOS）技术兼容的集成工艺。在这里，我们展示了一个CMOS兼容的碳纳米管（CNT）光电探测器，具有高响应度，高带宽和宽光谱操作在所有光通信波段的基础上，高纯度的CNT阵列。超快CNT光电探测器展示了100 Gbit/s奈奎斯特形状的开关键控（OOK）信号传输，可以满足数据中心内部和之间对高速光互连的需求。此外，通过将有源面积缩小到20 μm2，该光电探测器的带宽超过60 GHz。由于CNT光电探测器是通过无掺杂工艺制造的，因此它还提供了一种将CNT光子器件与基于CNT的CMOS集成电路集成的成本有效的解决方案。我们的工作为未来基于CNT的高速光互连和光电集成电路（OEIC）铺平了道路。
2022-10-16 cs.ET physics.app-ph physics.optics
Manufacturing carbon nanotube transistors using lift-off process: limitations and prospects
本文总结了剥离工艺在制造碳纳米管场效应晶体管中的局限性，指出其不利于提升器件性能和规模化制造，建议未来优先发展刻蚀工艺。
2024-11-15 physics.app-ph
Carbon-Nanotube/$β$-Ga$_2$O$_3$ Heterojunction PIN Diodes
本研究首次制备 CNT/$β$-Ga$_2$O$_3$ 异质 p-n 结二极管，相比同外延层肖特基二极管，整流比、开启电压、高温漏电流和击穿电压均显著改善，理想因子低至 1.02，为 $β$-Ga$_2$O$_3$ 基器件提供新方案。
2025-03-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Synergy Between Excluded Volume Effect with Co-embedded Microparticles and Chemical Doping in Carbon Nanotube Network-based Composites to Enhance Thermoelectric Power Factor
本研究探讨了二氧化硅微粒的排除体积效应与化学掺杂在碳纳米管基复合材料中的协同作用，通过TBD掺杂使功率因子提升至28.46 μW/mK2，并展示了在4 K温差下输出0.025 μW/cm2的柔性可穿戴热电器件。
2023-05-04 physics.app-ph
Hybrid CMOS-CNFET based NP dynamic Carry Look Ahead Adder
先进的电子器件技术要求更快的操作和更小的平均功耗，这是超大规模集成电路设计中最重要的参数。传统的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术在器件的尺寸缩小中受到阈值电压和亚阈值泄漏问题的限制。这导致无法使其适应亚微米和纳米技术。碳纳米管（CNT）技术克服了阈值电压和亚阈值泄漏问题，尽管尺寸减小。基于CNT的技术开发了新兴技术中最有前途的器件，因为它具有大多数所需的功能。碳纳米管场效应晶体管（CNFET）是一种新型器件，有望在提高晶体管性能的同时保持晶体管的可扩展性。最近，CNT技术在纳米电子学应用中取得了巨大的进步。与硅基技术相比，CNFET避免了大多数基本限制，并提供了几个优势。虽然CNT作为一个更好的选择来克服一些大规模CMOS问题，CNT本身仍然沉浸在挫折中。在单个衬底上制作非常大的数字电路的碳纳米管是很难实现的。因此，采用p-CNFET和n-MOS晶体管设计了一种混合NP动态超前进位加法器（CLA）。在这里，CLA的性能进行了评估，在8位，16位，32位和64位的阶段与以下四个不同的实现：硅MOSFET（Si-MOSFET）多米诺逻辑，Si-MOSFET NP动态CMOS，碳纳米管MOSFET（CN-MOSFET）多米诺逻辑，和CN-MOSFET NP动态CMOS。最后，基于HSPICE仿真，在32 nm工艺下，对一种基于混合CMOS-CNFET的64位NP动态CLA进行了评估，…
2018-05-10 cs.AR cs.ET physics.app-ph
Controlled Preparation, Characterization, and Bandgap Modulation of RF Sputtered Antimony Vanadium Oxide (SbVO4) Thin Films
本文报道了射频溅射锑钒氧化物（SbVO 4）薄膜的制备及其表征。通过烧结Sb_2O_3和V_2O_5的混合粉末制备了高纯溅射靶。薄膜通过反应溅射在不同的温度和氩/氧分压下沉积。通过应用大量的光学和电化学表征技术研究了几个生长参数和表面化学。结果表明，SbVO_4的间接带隙在1.89 ~ 2.36 eV之间，并具有理想的价带位置，可以在光照下驱动水的氧化反应。带隙在很大程度上取决于膜的化学计量，并且可以通过在等离子体环境中引入受控量的氧气来调制。设计并测试了优化的SbVO 4光阳极用于光电化学水氧化催化。初步研究表明，这些电极在碱性介质中具有n型催化行为。所制备的SbVO 4薄膜，具有典型的膜厚度为约400 nm，包含具有10-15 nm的尺寸的纳米颗粒。
2019-11-27 physics.app-ph
