微納米石墨球的制備及其表征.pdf

1、微納米碳材料的結(jié)構(gòu)具有多樣性，如碳納米管、碳洋蔥、富勒烯、石墨烯、碳球，以及碳樹等。其中石墨球具有高度有序的球狀同心殼層結(jié)構(gòu)，以及優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，在碳材料研究領(lǐng)域一直備受關(guān)注。石墨殼層具有抗腐蝕性，可以用來合成球狀的碳包覆磁性顆粒材料以抵制外界環(huán)境的腐蝕氧化，這種復(fù)合材料既能保持石墨的特性又具有磁性功能，能夠廣泛地應(yīng)用于磁記錄材料、醫(yī)學(xué)藥物運(yùn)輸、鋰離子負(fù)極材料等領(lǐng)域。另外，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)

2、具有低密度和較好的吸波能力，有望成為新型的電磁波吸收材料，因此需要探索一種廉價(jià)、簡便、大量制備球狀碳包覆磁性顆粒材料的方法以滿足商業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的需求。
　　 目前，制備碳球的方法主要有氣相沉積法、高溫裂解碳源法、催化還原法、溶劑熱法等，這些方法都是采用化學(xué)反應(yīng)，因此，難免產(chǎn)生很多難以提純的副產(chǎn)物，而且需要合適的催化劑、較高的反應(yīng)條件（如高溫高壓）以及復(fù)雜的操作等。本文通過研究石墨在金屬(Ni和Fe)熔體中的生長，探索出一種新穎的

3、方法來制備微納米石墨球。研究發(fā)現(xiàn)，首先通過單輥激冷裝置和球化孕育劑可以分別改變Ni-C和Fe-C合金中石墨的形貌，然后利用酸腐蝕金屬基體可以制備形貌均勻的石墨球，具體研究內(nèi)容如下：
　　 (1)制備共晶成分的Ni-C合金，利用單輥激冷裝置（800轉(zhuǎn)/分鐘）將上述合金甩成絲片狀并收集、酸腐蝕制備微納米石墨球。研究發(fā)現(xiàn)，快速冷卻能夠使天然鱗片狀石墨在Ni熔體中轉(zhuǎn)變?yōu)槭?；石墨球的?nèi)部結(jié)構(gòu)是同心圓結(jié)構(gòu)，由疏松無序的內(nèi)部核心和從內(nèi)到外

4、有序排列的碳原子殼層組成的；利用分子動力學(xué)的方法模擬了石墨烯自發(fā)卷曲的過程以解釋石墨球的生長機(jī)理。
　　 (2)將一定組成的Fe-C合金放置于25kg堿性中頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，利用沖入法進(jìn)行球化處理得到含有石墨球的Fe-C合金，然后分別利用稀鹽酸和氫氟酸腐蝕Fe-C合金得到微米磁性石墨球。結(jié)果表明，石墨球具有鐵磁性和較小的比表面積；石墨層的厚度約為10-15μm，這樣無微孔的石墨層更好地保護(hù)內(nèi)部的磁性顆粒免受外界環(huán)境的侵蝕；由于具

5、有較小的磁化強(qiáng)度，石墨球的μ′和μ″數(shù)值都比較小，通過模擬計(jì)算不同厚度樣品的吸波曲線發(fā)現(xiàn)，1.8mm厚度的樣品可以吸收11GHz到18GHz范圍的高頻波段，因此，這種復(fù)合材料在高頻波段范圍內(nèi)具有“厚度薄、質(zhì)量輕、吸收波段寬”的優(yōu)勢。
　　 (3)利用單輥激冷裝置（800轉(zhuǎn)/分鐘）將上述(2)中的Fe-C合金用成絲片狀并收集、酸腐蝕得到微納米石墨球，再利用XRD、拉曼光譜以及場發(fā)射掃描電鏡等各種測試手段進(jìn)行表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與(2)