氣相爆轟合成碳納米材料的研究.pdf

1、自二十世紀(jì)八十年代發(fā)現(xiàn)富勒烯以來，碳納米管、碳包覆納米顆粒、石墨烯等新型碳納米材料相繼被發(fā)現(xiàn)，使得碳納米材料一度成為科學(xué)界的關(guān)注焦點(diǎn)之一。作為研究納米材料最重要的基礎(chǔ)技術(shù)，納米材料的制備方法始終是科研工作者的研究重點(diǎn)。氣相爆轟法以速度快、容易控制、產(chǎn)物純凈等優(yōu)點(diǎn)在合成納米氧化物、納米碳材料等方面取得了一些可喜的成果，是當(dāng)今合成納米材料的新興技術(shù)手段。本文正是從理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)分析等多個(gè)方面研究利用氣相爆轟這一技術(shù)手段合成碳納米顆粒，以及碳

2、包覆鐵/碳化鐵納米顆粒、碳納米纖維、薄層石墨/石墨烯這些碳納米材料。
　　為了從理論上分析氣相爆轟合成碳納米材料的可行性，本文先討論了形成氣相爆轟的一些必要條件。然后通過數(shù)值方法分析了爆轟波化學(xué)反應(yīng)區(qū)的平衡狀態(tài)組分，并建立了爆炸變化化學(xué)方程。計(jì)算結(jié)果表明，用苯和氧氣爆炸時(shí)只在一定條件下才可大量生成游離態(tài)碳，爆溫對(duì)爆炸產(chǎn)物的生成有顯著影響，而爆壓則基本不產(chǎn)生影響。最后，對(duì)苯和氧氣爆炸的爆轟參數(shù)進(jìn)行了理論計(jì)算，結(jié)果表明給定條件下可以形

3、成爆轟。
　　進(jìn)一步分別用苯和氧氣爆炸、氧氣和氫氣爆炸裂解苯和甲苯的方法合成了碳納米材料并進(jìn)行表征。結(jié)果表明，在以苯和氧氣為爆炸源的實(shí)驗(yàn)中，合成了球狀碳納米顆粒，主要成分是石墨化的無定形碳，微觀結(jié)構(gòu)是無序生長的石墨和少量洋蔥狀富勒烯。在用氫氣和氧氣爆炸裂解苯、甲苯的實(shí)驗(yàn)中，合成了球狀、棒狀、碎屑狀碳納米顆粒，它們主要成分都是石墨化的無定形碳。
　　最后，又用苯、氧氣、少量二茂鐵進(jìn)行氣相爆轟，通過調(diào)整反應(yīng)氣體的比例，合成了碳包