預(yù)混火焰合成碳納米管的實(shí)驗(yàn)研究及燃燒過程數(shù)值模擬.pdf

1、碳納米管(CNTs)具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能，電磁性能，熱學(xué)性能和儲(chǔ)氫性能優(yōu)異，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。目前，合成碳納米管的方法有:石墨電弧法、激光蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法等，然而，這些方法的合成，設(shè)備復(fù)雜，工藝標(biāo)準(zhǔn)要求高，使得合成的碳納米管質(zhì)量、產(chǎn)量、純度等都比較低，無法大規(guī)模滿足工業(yè)應(yīng)用和實(shí)際需要?；鹧娣ɡ锰佳趸衔锶紵?，一方面提供足夠的熱源，另一方面提供碳源，并通過催化劑的作用生成出碳納米管，采用火焰法合成碳納米管投入成本低

2、、裝置簡(jiǎn)單、合成條件簡(jiǎn)便、反應(yīng)快速，有望實(shí)現(xiàn)碳納米管的大規(guī)模生產(chǎn)。所以，開展火焰合成碳納米管的研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。
　　在介紹和分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上，采用乙炔300sccm、甲烷30sccm、氮?dú)?570sccm、空氣1100sccm進(jìn)行預(yù)混燃燒合成碳納米管的實(shí)驗(yàn)研究。論文首先利用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件CHEMKIN對(duì)混合氣體乙炔/甲烷/氮?dú)?空氣預(yù)混燃燒過程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，模擬了燃燒過程中沿火焰中心軸方向上

3、的溫度分布，與實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了模擬對(duì)象的合理性;通過綜合分析主要反應(yīng)物、中間組分、生成物的摩爾濃度變化情況，判定得到了能夠合成出碳納米管的火焰區(qū)域?yàn)?5～20mm，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，將涂覆0.1 mol/L、1.0mol/L硝酸鎳的銅基板插入火焰高度16mm處，取樣時(shí)間5分鐘，成功合成了品質(zhì)較好的碳納米管，證明了數(shù)值模擬預(yù)判合成碳納米管區(qū)域的準(zhǔn)確性，提高了實(shí)驗(yàn)效率和成功率，對(duì)實(shí)驗(yàn)研究起到了很好的指導(dǎo)和促進(jìn)作用。
　　實(shí)驗(yàn)

4、中，研究了乙炔和甲烷作為燃料對(duì)合成碳納米管的影響，分析了涂覆不同濃度的硝酸鎳、硝酸鐵作為催化劑以及不同基板對(duì)合成碳納米管的影響。研究表明，添加甲烷有助于降低乙炔的消耗速率，提高催化劑的催化活性，同時(shí)也抑制了碳黑的形成，為碳納米管生長(zhǎng)提供了適宜的環(huán)境;涂覆0.01mol/L、0.1 mol/L、1.0mol/L硝酸鐵作為催化劑只能合成出碳納米纖維等物質(zhì)而沒有發(fā)現(xiàn)碳納米管的生成;硝酸鎳濃度為0.1 mol/L和1.0mol/L時(shí)能合成形態(tài)和