碳及含碳復(fù)合材料的合成、表征與性能研究.pdf

1、碳材料是一種即老且新的材料，用途相當(dāng)廣泛，在人們的生產(chǎn)、生活中發(fā)揮著重要的作用。新型碳材料的開發(fā)一直是材料科學(xué)工作者致力研究的課題。在對(duì)碳及含碳復(fù)合材料的合成、性能和應(yīng)用等方面的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，本論文旨在探索制備新結(jié)構(gòu)的微尺度碳及含碳復(fù)合材料，研究反應(yīng)機(jī)理。采用還原熱解法、催化熱解法和自組裝法，成功的制備出碳納米顆粒、碳納米管、碳納米管組裝的微球、不同形貌的Fe<,3>O<,4>@碳復(fù)合材料及其對(duì)應(yīng)得碳空心材料等多種碳材

2、料，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析并結(jié)合相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道，分別對(duì)它們的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了探討。還研究了碳納米管在聚苯乙烯中的熱性能，碳納米管和碳納米管微球作為催化劑載體的催化性能，以及碳復(fù)合材料的磁學(xué)性能。主要內(nèi)容歸納如下： 1.在溶劑熱的基礎(chǔ)上，一種還原裂解方法被用來(lái)合成碳實(shí)心納米顆粒。在Na為還原劑下，沸點(diǎn)為50 ℃的全氟碳還原裂解生成碳納米顆粒的產(chǎn)量高達(dá)90％以上。經(jīng)對(duì)反應(yīng)溫度的調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度對(duì)碳納米顆粒的大小起到了重要的作用。另

3、外一個(gè)有意義的發(fā)現(xiàn)是，Na不存在時(shí)，50℃的全氟碳在500℃時(shí)都不裂解成碳，這使得這種全氟碳可以作為特殊的溶劑使用。 2.采用自制的LaNiO<,3>、LaCoO<,3>、LaFeO<,3>作為催化劑，催化分解乙醇，成功地合成了大量的碳納米管，碳納米管的產(chǎn)率達(dá)到75％以上。在這個(gè)體系中，乙醇被用作碳源，避免了使用有毒的、腐蝕性的碳源，達(dá)到了潔凈生產(chǎn)的目的。利用LaNiO<,3>為催化劑合成的碳納米管作為聚苯乙烯的填充物制得了聚苯

4、乙烯/碳納米管的復(fù)合材料，并測(cè)試了其熱性能，研究了其機(jī)理。 3.發(fā)展催化裂解法，利用聚合物和Ni粉(或二茂鐵)在高壓釜中受熱分解，成功地制備出了大直徑的碳納米管和碳納米管組裝的微球。二茂鐵在反應(yīng)中，既是碳源，又扮演生成催化劑的角色。接著，我們以合成的碳納米管和碳納米管微球作為催化劑載體制備了幾種催化劑，并測(cè)試了催化劑的催化性能。 4.為了保護(hù)Fe<,3>O<,4>被氧化，同時(shí)具有強(qiáng)的抗酸性能，創(chuàng)新性的運(yùn)用了一種自組裝法利

5、用二茂鐵、聚乙烯、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯和水之間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，成功合成了一維鏈狀Fe<,3>O<,4>納米顆粒@蠕蟲狀碳?xì)?fù)合材料，并測(cè)試了酸處理前后的磁學(xué)性能，結(jié)果表明，這種一維鏈狀Fe<,3>O<,4>納米顆粒@蠕蟲狀碳?xì)?fù)合材料具有很好的耐酸性能。 5.在成功制備了一維鏈狀Fe<,3>O<,4>納米顆粒@蠕蟲狀碳復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件，制得了六足狀的Fe<,3>O<,4>@碳復(fù)合材料、片狀的Fe<,3>O<,