粉末電爆制備碳納米材料方法研究.pdf

1、電爆炸法因能量利用率高、工藝參數(shù)可調(diào)、制備產(chǎn)物純度高等優(yōu)勢(shì)，近來(lái)成為一種新型的納米材料制備技術(shù)。通常以絲材作為電爆材料來(lái)制備納米粉體，如Cu、Ni、Mo等，而一些材料很難制成絲，以粉末作為電爆材料也具有一定的優(yōu)勢(shì)，既可以用于電爆噴涂也可以用于材料合成。本文將天然石墨粉作為電爆材料來(lái)制備碳納米材料，具有一定的創(chuàng)新和實(shí)際工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
　　本文在本實(shí)驗(yàn)室已有研究成果基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種粉末電爆制備碳納米材料的裝置。該裝置主要由約束

2、爆炸裝置、送粉裝置、高壓充電電路、收粉裝置等組成。電動(dòng)伸縮桿帶動(dòng)載料桿運(yùn)動(dòng)，載料桿與約束套形成一端封閉一端開(kāi)口的約束管，粉末經(jīng)送粉器定量輸送至載料桿。當(dāng)粉末隨載料桿運(yùn)動(dòng)到離高壓電極合適位置，借助氣體放電機(jī)制，將脈沖大電流導(dǎo)入粉末，粉末在約束管內(nèi)發(fā)生電爆炸。利用該裝置，以天然石墨粉為原料，在一定電壓不同約束管截面，和一定約束管截面不同電壓下，進(jìn)行電爆試驗(yàn)。通過(guò)顯微觀察分析制備產(chǎn)物形態(tài)變化，對(duì)一定約束管截面不同電壓下的制備產(chǎn)物進(jìn)行拉曼表征分

3、析。
　　初始電壓8kv，約束管截面直徑為3、4、5和6mm時(shí)，制備產(chǎn)物形態(tài)沒(méi)發(fā)生變化，以顆粒型存在。在較小截面約束管，制備產(chǎn)物中除存在球形顆粒外還存在多面體顆粒，增加約束管截面，制備產(chǎn)物中多面體顆粒減少。在約束管截面直徑為4mm，電壓8、9、10和11kv時(shí)，制備產(chǎn)物中既存在顆粒型又有片層狀。隨電壓升高制備產(chǎn)物中顆粒形態(tài)減少，片層狀增多。電爆炸非平衡過(guò)程使粉末在約束管內(nèi)發(fā)生電爆炸瞬間，氣相和液相粒子并存。爆炸產(chǎn)物噴射出約束管，液

4、相粒子凝固形成球形顆粒，氣相粒子凝華形成多面體顆粒，爆炸瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊波使石墨發(fā)生層狀剝離，即制備產(chǎn)物中出現(xiàn)片層狀。沉積在粉末上的能量密度隨電壓升高增加，伴隨爆炸瞬間產(chǎn)物中氣相份額大于液相，進(jìn)而制備產(chǎn)物中顆粒型減少片層狀增多。在約束管截面直徑4mm，對(duì)不同電壓下制備的碳納米材料進(jìn)行拉曼光譜分析，發(fā)現(xiàn)石墨粉電爆炸后發(fā)生了納米化，制備產(chǎn)物中的顆粒為納米石墨顆粒，片層狀為石墨烯。特別在電壓11kv時(shí)，制備產(chǎn)物中出現(xiàn)了大量片層狀，通過(guò)拉曼光