自然纖維素模板結(jié)合化學(xué)還原制備納米材料.pdf

1、金屬碳化物和氮化物具有高熔點(diǎn)、高硬度、高的熱穩(wěn)定性、高的化學(xué)穩(wěn)定性和高導(dǎo)電導(dǎo)熱性等優(yōu)點(diǎn),被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)中。近幾年,對(duì)碳化物在功能材料上的研究發(fā)展使如何開(kāi)發(fā)出更高效、低成本并且微觀形貌可控的氮化物和碳化物材料成為了研究熱點(diǎn)。自然纖維素物質(zhì)是世界上最豐富的有機(jī)自然材料。因此,以天然纖維素為基體采用催化劑提高反應(yīng)速率、降低反應(yīng)溫度,是合成出具有特殊形貌的碳化物和氮化物納米材料的選擇之一。
　　本文以自然纖維素物質(zhì)作為基體,通過(guò)溶膠凝

2、膠法結(jié)合模板法制備了金屬氧化物納米管,再采用鎂粉作為催化劑在低溫下制備了碳化鈦和碳化鋯納米材料,采用炭黑作為促進(jìn)劑利用二氧化鈦納米管制備了氮化鈦材料。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)ZrC納米管的制備研究。利用表面溶膠凝膠法結(jié)合模板法制備了ZrO2納米管。將蔗糖沉積在ZrO2表面,加入 Mg粉作為催化劑在600℃低溫條件下制備了碳化鋯材料。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)Mg粉對(duì)降低反應(yīng)溫度起了決定性作用,而碳的包覆方式也對(duì)碳熱還原反應(yīng)有極大影響

3、。這種材料在200℃以下具有較高的熱穩(wěn)定性能。
　　(2)TiC納米管的合成研究。通過(guò)表面溶膠凝膠法與模板法相結(jié)合,制備了 TiO2納米管,加入Mg粉作為催化劑在600℃低溫條件下制備了TiC納米管材料。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)Mg與其表面包覆的碳發(fā)生了化合反應(yīng),得到了Mg2C3。TiO2則被還原為了Ti3O5。Mg2C3與Ti3O5發(fā)生原位還原反應(yīng),得到TiC材料。碳的包覆方式對(duì)反應(yīng)的發(fā)生有較大的影響。該材料能在納米層次上較好的復(fù)制纖維素結(jié)

4、構(gòu)并在300℃以下具有良好的熱穩(wěn)定性能。
　　(3)TiN的合成研究。采用相同方法制備了 TiO2納米管,加入炭黑作為促進(jìn)劑在1500℃ N2氣氛下制備了 TiN材料,該材料能較好的復(fù)制濾紙的微觀結(jié)構(gòu),材料在500℃以下具有良好的穩(wěn)定性。
　　(4)ZrC、TiC、TiN的熱力學(xué)計(jì)算分析。從熱力學(xué)角度上解釋了Mg對(duì)碳熱反應(yīng)的促進(jìn)作用;并計(jì)算了Ti N合成的最低理論溫度,簡(jiǎn)單解釋了在碳存在的條件下在高溫下氮?dú)鈿夥罩蟹磻?yīng)過(guò)程中沒(méi)