不同催化劑制備的納米碳纖維的形貌及生長機(jī)理的研究.pdf

1、本論文在低溫(300℃)條件下，利用各種不同的催化劑，如納米合金粒子、納米金屬粒子、微米級的氧化銅粉末和酒石酸銅，催化熱解乙炔制備了螺旋型和直線型的納米碳纖維。并通過掃描電鏡、透射電鏡、X射線粉末衍射、紅外和熱重分析儀等測試設(shè)備研究了碳纖維的形貌和結(jié)構(gòu)，并且討論了碳纖維的生長機(jī)理。 采用納米銅-鎳合金粒子、納米銅-鐵合金粒子、電阻加熱法制備的納米銅粒子以及酒石酸銅制備出了對稱生長的納米螺旋碳纖維。這是一種新型的生長樣式。在一個(gè)催

2、化劑粒子上，總是生長兩根螺旋納米碳纖維。它們具有絕對相反的螺旋旋向，其中一根為左旋，另一根必為右旋，但卻具有相同的纖維直徑，螺旋直徑，螺旋圈數(shù)，螺旋間距和螺旋長度。這兩根螺旋碳纖維經(jīng)常在相同螺旋圈數(shù)的位置同時(shí)發(fā)生螺旋旋向的改變，即螺旋反轉(zhuǎn)。這是由于催化劑粒子生長晶面發(fā)生變化導(dǎo)致的。在碳纖維制備過程中催化劑粒子的形狀和尺寸對碳纖維形貌有較大的影響。無論是螺旋纖維還是直線纖維，位于纖維節(jié)點(diǎn)處的催化劑粒子可以是菱形、三角形、四邊形、橢圓形和圓

3、形。但螺旋纖維節(jié)點(diǎn)處的催化劑粒子幾乎都具有規(guī)則的多面體形狀，而且其粒徑一般來說要比直線型纖維節(jié)點(diǎn)處的催化劑粒徑要小。纖維中催化劑粒子具有規(guī)則性的多面體形狀和小的尺寸是決定纖維是否以螺旋形態(tài)生長的決定性因素。在一個(gè)催化劑粒子上對稱生長的兩根螺旋納米碳纖維之間的夾角也是不同的，分別有60°、90°、110°和160°。IR結(jié)果表明，螺旋納米碳纖維分子結(jié)構(gòu)中既含有不飽和的C=C雙鍵又含有飽和的-CH2-、-CH3基團(tuán)。實(shí)驗(yàn)條件的改變，對催化熱