低維碳材料和硼酸鎂納米材料的可控合成與機理研究.pdf

1、本論文主要探索了低維碳材料(零維洋蔥狀富勒烯、一維碳納米管和二維單原子石墨片層)和硼酸鎂納米材料的可控合成工藝，并對所制備的材料進行了詳細(xì)的表征和形成機理的探討。主要研究成果如下: 1. 用化學(xué)氣相沉積法在常壓700℃和Y型沸石作載體條件下，制備了零維碳納米材料一洋蔥狀富勒烯。結(jié)合Y型沸石載體獨特的擇型催化功能和HRTEM圖像的超微結(jié)構(gòu)分析，提出洋蔥狀富勒烯的生長機理為由內(nèi)到外逐層石墨化的氣固模型。 2.內(nèi)包鐵或碳化鐵的

2、洋蔥狀富勒烯通過控制碳源類型分別被獲得。通過XRD、SEM和FEM等表征手段對它們進行了表征分析及確認(rèn)。研究結(jié)果表明，載氣種類實質(zhì)性地影響形成產(chǎn)物的形貌，適當(dāng)氫氣的參與使刻蝕石墨層占主導(dǎo)，內(nèi)包鐵顆粒洋蔥狀富勒烯成為最終的產(chǎn)物；然而當(dāng)沒有氫氣時，金屬的催化效率占主導(dǎo)，形成碳納米管。對內(nèi)包鐵的洋蔥狀富勒烯電磁特性研究表明，其具有較高的介電損耗與磁損耗，這為它作為新型微波吸收材料提供了支持?jǐn)?shù)據(jù)。 3.為了克服洋蔥狀富勒烯疏水性的限制，

3、使其獲得更為廣泛的應(yīng)用空間，通過硝酸回流法對原始粗產(chǎn)品進行了有效的提純，并采用甲苯回流法對洋蔥狀富勒烯進行了表面的化學(xué)修飾實驗。紅外光(FT-IR)對修飾前后的樣品分析表明，洋蔥狀富勒烯與金屬鉀在甲苯中回流可形成洋蔥狀富勒烯羥基化合物。 4.通過引入液態(tài)碳源和催化劑前驅(qū)體到等離子體系中，使得生成碳納米管工藝有效省去了催化劑的繁瑣制備及預(yù)處理。而且充分利用等離子鞘電場的作用，使碳納米管保持了垂直取向性。研究表明，生長碳納米管的最佳

4、工藝參數(shù)分別是:二茂鐵溶液濃度1％(wt)；輸入功率250 W；反應(yīng)壓強80 Pa。并對生長形成的垂直取向碳納米管薄膜在真空下進行了場發(fā)射測試，表明其有能力在將來作為顯示器的發(fā)射體材料得到應(yīng)用。 5.對二維石墨片graphene材料制備進行了自下而上和自上而下兩個方向的初步探索研究。在等離子體中的研究結(jié)果表明，氫氣濃度對graphene的生長起著重要的影響，并在鍍有鎳顆粒的單晶硅襯底上獲得了厚度小于10 nm的多層graphen

5、e薄膜。通過在乙醇中減磨鉛筆芯的辦法，獲得了層數(shù)主要分布在10-15層的graphene薄膜。研究結(jié)果也表明，由于水的極性較高，難以獲得較為平坦graphene薄膜，不利于作為減磨鉛筆芯的介質(zhì)。 6.采用了溶劑熱法(水和乙醇做溶劑)合成出了物相和形貌可控的一維硼酸鎂納米棒。研究結(jié)果表明，在溶劑的超臨界狀態(tài)下，無需表面活性劑的參與，能直接合成出一維硼酸鎂納米棒。通過XRD、HRTEM和XPS對產(chǎn)物相的成份進行了分析a針對不同反應(yīng)階