激光法制備碳納米顆粒及其發(fā)光的研究.pdf

1、從傳統(tǒng)碳材料（石墨、碳黑）轉變成新型碳材料（納米金剛石、納米碳洋蔥等）需要足夠高的溫度和壓力，一般常規(guī)手段很難滿足這樣的要求。激光可通過瞬間高能量的輸入產(chǎn)生碳材料相變的條件，因此可望成為一種有效合成新型納米碳材料的方法。用高功率密度的短脈沖（納秒）激光雖然可以產(chǎn)生足夠高的溫度和壓力獲得納米金剛石（粒徑為30～300nm），但是它的有效工作的時間太短，合成效率低。本課題組提出了較低功率密度的長脈沖（毫秒）激光輻照循環(huán)石墨懸浮液的方法，獲得

2、了超細的納米金剛石（粒徑<10 nm）并且使產(chǎn)率得到了提高。本文結合兩種不同類型激光產(chǎn)生的條件差異，從熱力學和動力學兩方面研究了毫秒脈沖激光獲得超細納米金剛石的原因。研究表明，金剛石穩(wěn)定的平衡尺寸、較小的生長速率以及表面的混合雜化限制了較大顆粒金剛石的產(chǎn)生；在小尺寸下轉變成金剛石結構的幾率大，有助于產(chǎn)率的提高。 ⑴在細小的納米金剛石上發(fā)現(xiàn)了多重孿晶，研究了多重孿晶的形成過程，為金剛石晶粒的生長提供了重要的理論依據(jù)。通過理論計算和

3、觀察到的金剛石孿晶的中間結構，證明了多重孿晶是通過依次形成孿晶而產(chǎn)生的。 ⑵用激光輻照懸浮在水中的碳黑，合成了親水性的碳納米洋蔥，其具有良好的應用前景。通過各種分析手段表明碳納米洋蔥的親水性主要是來自于表面的親水基團。結合理論計算，研究了激光功率密度對碳納米洋蔥結構的影響：過高的激光功率密度會導致碳質量損失，使碳洋蔥中心造成空洞；而過低的激光功率密度則使碳黑結構不能發(fā)生完全有序化。 ⑶發(fā)光的碳納米顆粒由于具有無毒、化學惰