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。由于其獨特的結構以及由此產生的諸多奇異特性，已經成為近十幾年來國際納米技術和新材料領域的研究熱點。理論預測和實驗研究表明，碳納米管幾乎涵蓋了地球上大多數物質的性質甚至相對立的兩種性質，從高硬度到高韌性，從全息光到全透光，從絕熱到良導熱，從半導體到高導體等。正是因為碳納米管具有的這些奇異性質，使得它可能在電子、生物、材料、化學等諸多領域獲得廣泛的應用。所有這

2、些應用目標的實現(xiàn)依賴于對碳納米管結構及其性能的全面研究。高產量、高質量、低成本的制備方法及工藝技術的深入探討是進行碳納米管結構性能以及應用研究的前提。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裝置，分別以煤、煤直接液化殘渣、有機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對產品結構形態(tài)的影響；產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技術。

3、結合實驗現(xiàn)象以及結果對碳納米管及特殊形態(tài)的納米炭材料的生成機理進行了初步討論。得到如下結論： 以粘結性煤為碳源，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，該工藝無需對煤進行成型、炭化等預處理，反應體系不需要高真空，因而生產成本更低。另外，煤的物理、化學性質以及催化劑、水、工作氣氛對碳納米管生成和產量均有影響，其中，煤自身具有粘結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任何處理，且無需額外添加催化劑。結果表明反應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