氣相爆轟（燃）法合成碳納米管及碳納米球的研究.pdf

1、碳納米管和碳納米球由于具有優(yōu)異的性能，在21世紀(jì)有著廣泛的應(yīng)用前景。氣相爆轟法是合成碳納米管和碳納米球的一種新型的方法，具有設(shè)備簡單、容易實(shí)現(xiàn)、產(chǎn)物量大等優(yōu)點(diǎn)。本文首次采用氣相爆轟的方式成功合成多壁碳納米管，并探究相關(guān)的變化規(guī)律及生長機(jī)制，主要的研究內(nèi)容如下：
　　1.從理論上分析了氣相爆轟合成碳納米管及碳納米球的可行性。通過經(jīng)典的爆轟理論對爆壓、爆溫、爆熱以及爆速等進(jìn)行了計(jì)算。同時(shí)通過高速攝影對甲烷、乙炔、苯的爆速進(jìn)行測量，得到

2、甲烷的爆速為2240m/s，乙炔為2900m/s、苯為2160m/s，并觀測了混合氣體爆炸的傳播過程。
　　2.對密閉的爆轟管中混合氣體的爆炸過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，甲烷/氧氣=1：1時(shí)，爆轟管內(nèi)的最大壓力可達(dá)2.6MPa，這與計(jì)算值2.1MPa相接近。通過模擬不同比例乙炔和氧氣的工況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氧氣量增大時(shí)，反應(yīng)速率加快，火焰陣面向右傳播速度加快。通過模擬不同比例苯和氧氣的工況，當(dāng)苯/氧氣=1：2，此時(shí)會有大量的碳生成且計(jì)算的爆轟溫度為

3、3400K，與模擬情況相接近。
　　3.以甲烷和氧氣為爆源，二茂鐵為前驅(qū)體，分別改變初始溫度，二茂鐵質(zhì)量等均成功的合成了碳納米管。另外，使用乙炔作為碳源，探究合成碳納米管的情況。通過XRD、TEM、RAMAN、TGA等手段對合成產(chǎn)物進(jìn)行分析表征，我們發(fā)現(xiàn)在爆轟的高溫高壓條件下，合成的多壁碳納米管多呈竹節(jié)狀，并且石墨化程度較高。碳納米管隨著前驅(qū)體質(zhì)量的增加石墨化程度也逐漸提高，結(jié)構(gòu)缺陷變少。當(dāng)不同初始溫度制備碳納米管時(shí)，隨著初始溫度

4、的升高，所合成產(chǎn)碳納米管的量有所減少且石墨化程度變差，但碳納米管的管壁變得光滑一些，直徑會變大，因此合成的溫度在110~130°C之間較為合適。當(dāng)使用乙炔氣體來代替甲烷時(shí)，所合成產(chǎn)物中并沒有碳納米管生成，只是有類似碳納米帶生成且產(chǎn)物石墨化程度很高。
　　4.使用苯和氧氣爆炸利用氣相爆轟的方式，探究了反應(yīng)物的初始濃度對氣相爆轟合成納米材料有著重要影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所合成的碳納米球尺寸在30~50nm之間，隨著氧氣濃度比的增加，產(chǎn)物晶粒