新型碳納米結(jié)構(gòu)材料的化學(xué)氣相沉積法制備研究.pdf

1、作為21世紀(jì)的新型碳材料-碳納米管，其具有優(yōu)異的的光、電、磁、熱、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，因此成為科學(xué)家們近數(shù)十年來(lái)研究的熱點(diǎn)。碳納米管的制備方法很多，其中化學(xué)氣相沉積法因?yàn)樵O(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為近些年來(lái)制備碳納米管最熱門(mén)、最有希望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的方法。
　　本論文以中陶瓷舟作為基底，苯或無(wú)水乙醇為碳源，噻吩為生長(zhǎng)促進(jìn)劑，二茂鐵為催化劑，氫氣作為還原氣體和碳源的載氣，用化學(xué)氣相沉積法制備新型碳納米結(jié)構(gòu)，并采用掃描電子顯微鏡（S

2、EM）、透射電子顯微鏡（TEM）、能譜（EDS）、拉曼光譜（Raman）等表征手段對(duì)樣品的形貌、管徑、管壁層數(shù)、質(zhì)量、成分等進(jìn)行了測(cè)定。通過(guò)調(diào)節(jié)控制碳源流量、氫氣流量、裂解溫度等實(shí)驗(yàn)參數(shù)，研究了幾個(gè)參數(shù)對(duì)制備新型碳納米結(jié)構(gòu)的影響，并制備出一種全新的碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料。同時(shí)對(duì)新型碳納米結(jié)構(gòu)的純化也進(jìn)行了初步的研究。
　　首先，通過(guò)分別改變碳源流量、氫氣流量和裂解溫度探究對(duì)碳納米管生長(zhǎng)的影響。我們發(fā)現(xiàn)碳源氣體流量并不是越大對(duì)碳納米管的

3、生長(zhǎng)越有利，在一定實(shí)驗(yàn)條件下，碳源流量增大，無(wú)定型碳和雜質(zhì)也會(huì)增多，但碳納米管的石墨化程度降低，從而碳納米管質(zhì)量下降。同樣，氫氣作為還原氣體，對(duì)于制備碳納米管是必不可少。但當(dāng)氫氣流量過(guò)大時(shí)，也會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生更多的副產(chǎn)物使碳納米管的質(zhì)量下降。另外，裂解溫度也是制備碳納米管不可忽視的重要條件，裂解溫度過(guò)低，碳源沒(méi)有裂解出足夠多的高活性碳原子和催化劑顆粒就不能生長(zhǎng)出碳納米管；裂解溫度過(guò)高，亦導(dǎo)致碳納米管的質(zhì)量下降。
　　其次，通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)條

4、件，苯或無(wú)水乙醇作為碳源，我們都制備出了碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料。通過(guò)EDS能譜發(fā)現(xiàn)，碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料的組成元素只有碳元素；透射電鏡表明，碳納米葫蘆結(jié)構(gòu)材料是有石墨層包裹碳納米管的新結(jié)構(gòu)材料，其中碳納米管可以是單壁碳納米管，亦可以是多壁碳納米管。
　　最后，我們通過(guò)酸處理和空氣氧化新型碳納米結(jié)構(gòu)材料原始樣品，可以除去催化劑金屬顆粒、無(wú)定形碳以及其他碳顆粒雜質(zhì)，從而達(dá)到提純效果。我們還發(fā)現(xiàn)氧化溫度與氧化時(shí)間對(duì)新型碳納米結(jié)構(gòu)材料的純化有較