等離子體射流法制備納米炭材料.pdf

1、碳納米管(CarbonNanotube，CNT)是納米材料中最富代表性的新型材料。由于其獨特的結(jié)構(gòu)以及由此產(chǎn)生的諸多奇異特性，已經(jīng)成為近十幾年來國際納米技術(shù)和新材料領(lǐng)域的研究熱點。理論預(yù)測和實驗研究表明，碳納米管幾乎涵蓋了地球上大多數(shù)物質(zhì)的性質(zhì)甚至相對立的兩種性質(zhì)，從高硬度到高韌性，從全息光到全透光，從絕熱到良導(dǎo)熱，從半導(dǎo)體到高導(dǎo)體等。正是因為碳納米管具有的這些奇異性質(zhì)，使得它可能在電子、生物、材料、化學(xué)等諸多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。所有這

2、些應(yīng)用目標(biāo)的實現(xiàn)依賴于對碳納米管結(jié)構(gòu)及其性能的全面研究。高產(chǎn)量、高質(zhì)量、低成本的制備方法及工藝技術(shù)的深入探討是進(jìn)行碳納米管結(jié)構(gòu)性能以及應(yīng)用研究的前提。因此對碳納米管制備的研究仍然是一項具有重要意義的工作。 本文使用直流電弧等離子體射流反應(yīng)裝置，分別以煤、煤直接液化殘渣、有機(jī)化合物等為碳源制備納米炭材料，考察了不同原料、輔助原料以及工藝參數(shù)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響；產(chǎn)物的表征采用掃描電子顯微鏡、X射線能譜儀和透射電子顯微鏡等先進(jìn)技術(shù)。

3、結(jié)合實驗現(xiàn)象以及結(jié)果對碳納米管及特殊形態(tài)的納米炭材料的生成機(jī)理進(jìn)行了初步討論。得到如下結(jié)論： 以粘結(jié)性煤為碳源，直流電弧等離子體射流為手段可以制得碳納米管。與傳統(tǒng)的煤基碳納米管的制備工藝相比，該工藝無需對煤進(jìn)行成型、炭化等預(yù)處理，反應(yīng)體系不需要高真空，因而生產(chǎn)成本更低。另外，煤的物理、化學(xué)性質(zhì)以及催化劑、水、工作氣氛對碳納米管生成和產(chǎn)量均有影響，其中，煤自身具有粘結(jié)性是獲得納米碳管的必要條件。 以煤直接液化殘渣為原料，利

4、用煤直接液化殘渣中殘留的催化劑作為活性組分，殘留有機(jī)物為碳源，成功地制得納米炭纖維(CarbonNanoFiber，CNF)，為煤直接液化殘渣提供了一條低成本，高附加值的利用方式。制備過程中液化殘渣未經(jīng)任何處理，且無需額外添加催化劑。結(jié)果表明反應(yīng)時間是納米炭纖維生成的重要影響因素。 以乙醇為碳源，二茂鐵為催化劑，利用等離子體射流在常壓下制備高純度竹節(jié)狀多壁碳納米管。結(jié)果表明，在本文實驗條件下，可以批量的獲得竹節(jié)狀碳納米管，管徑尺