氮掺杂螺旋碳纳米管的控制合成、缺陷控制及自旋、磁性调控研究

本项目在总结氮掺杂螺旋碳纳米管的控制合成及其初步磁性研究工作基础上，以镍纳米颗粒为催化剂制备氮掺杂螺旋碳纳米管。通过反应条件的调变得到具有不同氮掺杂量的样品，再分别通过热酸纯化去除氮，得到具有不同碳原子空位缺陷浓度的螺旋碳纳米管，分别研究它们的磁性及自旋密度特点，以求了解氮掺杂量、空位缺陷浓度与磁性及自旋密度之间的依赖关系。从理论和实验上揭示磁性及自旋密度与氮掺杂量和空位缺陷浓度之间的内在联系。并通过对氮掺杂量、空位缺陷浓度的控制，实现对其磁性和自旋密度的有效调控，并深入了解氮掺杂螺旋碳纳米管磁性的来源及特点。磁性研究中，为了研究来自于碳的磁性特点，更侧重于分析高外场下样品的抗磁性信号及负的抗磁磁化率χ的部分的大小与变化。预期能对氮掺杂螺旋碳纳米管的动力控制生长、氮掺杂量和空位缺陷调控方面有所突破；尤其是通过对氮掺杂量和空位缺陷的控制实现对其磁性、自旋密度的调控，并为对其量子提供理论依据。

本项目在总结对称螺旋碳纳米管的制备研究工作基础上，采用通过溶胶-凝胶结合氢气还原方法得到的Ni和Cu纳米颗粒作为催化剂制备出了具有对称螺旋结构的碳纳米管。通过多次数热的浓盐酸浸泡洗涤得到了高纯度的螺旋碳纳米管；再分别通过氩气和氨气气氛中退火，获得了退火的螺旋碳纳米管和氮掺杂螺旋碳纳米管，并深入研究了样品退火和氮掺杂与磁性之间的关系。最后，用非磁性的铜作为催化剂，制备出高纯度的螺旋碳纳米管，研究了没有磁性掺杂的螺旋碳纳米管的本证的磁性。对完全借助各种先进的微结构检测手段，系统研究了氮掺杂量对螺旋碳纳米管磁性的影响，从理论和实验上揭示物性与微观结构之间的内在联系，为更深入了解螺旋碳纳米管磁性的来源及其应用提供了一些科学的理论依据。