近期，银河集团:198net微纳结构与光电器件研究所在碳纳米管（CNT）材料的基础性能、理论与器件应用领域的研究取得了一系列成果。

1，基于场发射与气体吸附的低压氢传感技术

低压氢气传感在超高真空测量、真空电子器件、能源电池等领域有重要作用。目前的传感技术存在设备复杂、低压端范围小等局限。在大于10^-7Pa的低压区间，我们开发了一种基于气体吸附与场发射的新型CNT气体传感技术，CNT的小电流场发射在氢气氛下逐步增强，且电流增幅与氢分压成正比。实验与基于第一性密度泛函（DFT）的理论研究表明，场发射焦耳加热辅助下氢分子在CNT表面解离化学吸附引起的功函数下降导致场发射电流增强，而功函数下降幅度与H原子吸附量直接相关，因而产生了场发射电流与氢分压之间的传感效应。该传感技术具有结构简单、灵敏度高、恢复快等优势。研究结果发表在近期的Nanoscale（Hydrogen sensing characteristics from carbon nanotube field emissions，DOI: 10.1039/c5nr08661b，董长昆*，罗海军，蔡建秋，赵洋洋，李得天）（SCI一区）上。

2，氮掺杂对碳纳米管结构与功函数性能影响的第一性研究

氮原子掺杂对碳纳米管的结构和性能会产生显著的影响，因而，氮掺杂修饰改性在CNT场电子发射、能源电池、半导体器件等应用中，具有重要的作用。在这一工作中，11级研究生邵希吉在董长昆教授等的指导下，与蔡建秋、罗海军老师等合作，运用第一性DFT理论，研究（5，5）单壁碳纳米管（SWNT）替代氮掺杂后的结构、功函数、电荷转移等特性。研究表明，N掺杂下SWNT保持金属性且功函数下降；在23.3 at.%以上N掺杂下，C-N健的断裂会引发严重的CNT结构缺陷。同时，掺杂下SWNT的氧还原性要强于N吸附。研究结果发表在近期的Applied Surface Science(First-Principles Study of Structural and Work function Properties for Nitrogen Doped Single-walled Carbon Nanotubes，368,477-482,2016；邵希吉，李得天*，蔡建秋，罗海军，董长昆*)（SCI二区）。

3，基于碳纳米管场发射的超高真空测量技术

碳纳米管场致发射技术已经应用于电离真空计、x射线管、真空微波管、微波放大器、平板显示器和电子显微镜等多种电子器件中。电离真空计是目前实用可靠的超高、极高真空测量手段，而碳纳米管冷阴极电离规具有功耗低，响应快，出气少，无热辐射等优点，在解决传统电离规热阴极引发的问题方面具有独特优势，有利于超高、极高真空和敏感环境应用。

银河集团:198net13级研究生张建在董长昆教授的指导下，与银河集团:198net微纳结构与光电器件研究所师生合作，通过热化学气相沉积技术在经过阳极化工艺处理的304不锈钢基底上直接制备碳纳米管，设计了新型的碳纳米管电子源，并取代传统热阴极应用在分离式电离真空计中。碳纳米管阴极取得了优异的发射性能，而碳纳米管阴极电离真空计能够线性的测量10^-11到10^-6Torr范围的高真空压力，测量下限在目前报道中处于领先水平。研究结果发表在近期的Nanoscale Research Letters（Wide-range Vacuum Measurements from MWNT Field Emitters Grown Directly on Stainless Steel Substrates，DOI:10.1186/s 11671-015-1207-6，张建，李得天*，赵洋洋，成永军，董长昆*）（SCI二区）上。

4，碳纳米管热电电池技术

在清洁、可再生能源开发中，利用赛贝克效应将热能直接转化成电能的碳基纳米材料引起了科研人员的极大关注。传统的热电化学电池一般会使用铂、钯等贵金属作为电极材料，但成本太高且能源转换效率较低，而碳纳米管因其较高的电导率、热导率和较大的比表面积而倍受青睐。

本课题组采用电泳法在导电基底上制备不同面积的碳纳米管电极，研究结果表明，同铂电极相比,碳纳米管电极具有较好的电化学活性和更高的能源转换效率;同时发现杯状热电池装置得到的赛贝克系数随着电极面积的增加而增加。在碳纳米管中掺入适量的银，可以提高碳纳米管电极的电导率及其与基底的附着力，可以进一步提高热化学电池的性能。相关研究发表在期刊Nano-Micro Letters（Thermo-Electrochemical Cells Based on Carbon Nanotube Electrodes by Electrophoretic Deposition，doi:10.1007/s40820-016-0082-8，钱维金，曹明轩，谢非，董长昆*）（SCI三区）和RSC Advances（Improving thermo-electrochemical cell performance by constructing Ag–MgO–CNTs nanocomposite electrodes，2105, 5, 97982-97987，钱维金*，李梦杰,陈丽红, 张江辉, 董长昆*）（SCI三区）上。

以上研究获得国家自然基金面上（11274244）、杰青协作（61125101）、青年基金（51302193）、教育部留学回国人员科研启动基金、浙江省教育厅基金（Y201430416）等的资助，并与兰州空间物理研究所开展了合作。