螺旋碳納米纖維的生長樣式控制及其生長機(jī)理研究.pdf

1、采用酒石酸銅前驅(qū)體熱分解得到的銅納米粒子作為催化劑,在250℃的低溫,催化乙炔的化學(xué)氣相沉積,合成了螺旋形納米纖維.反應(yīng)條件簡單,重復(fù)性好,產(chǎn)量高.采用SEM,TEM,XRD,IR,EDX,DSC/TG等分析方法對合成的螺旋納米纖維進(jìn)行了表征.產(chǎn)物是規(guī)則卷曲的單螺旋纖維,螺旋纏繞緊密,螺旋直徑大約為100nm.這種螺旋纖維具有很好的可逆伸縮性和有趣的熔斷性質(zhì).反應(yīng)主要以聚合的方式進(jìn)行.所得到的螺旋納米纖維的分子結(jié)構(gòu)是介于聚乙炔與碳纖維之

2、間的一種新結(jié)構(gòu).經(jīng)900℃高溫?zé)峤?脫氫碳化后可最終得到螺旋碳納米纖維.通過升高反應(yīng)溫度,保持其它反應(yīng)條件不變,能可控制備不同螺旋直徑的螺旋纖維.采用TEM和SEM,研究了螺旋納米纖維在納米銅催化劑粒子上的生長樣式.螺旋納米纖維采取'V'字形的鏡像對稱的孿生生長樣式.這是一種新型的生長樣式.在一個(gè)銅納米粒子上,總是只生長兩根螺旋納米纖維.它們具有絕對相反的螺旋旋向,但卻具有相同的纖維直徑,纖維截面,螺旋直徑,螺旋圈數(shù),螺旋間距,和螺旋長

3、度.并都有相同長度的不規(guī)則尖端.銅納米粒子在催化纖維的生長過程中,經(jīng)歷了一個(gè)重要的形狀變化過程,即由初始的不規(guī)則形狀變成了規(guī)則的多面體形狀.分析表明銅納米粒子形狀改變的驅(qū)動(dòng)力來源于乙炔氣體對銅納米粒子晶面的吸附引起的表面能變化.銅納米晶不同品面活性差異是生長螺旋纖維的首要條件.通過熱分解草酸銅,丁酸銅,乳酸銅前驅(qū)體,硼氫化鈉還原硫酸銅,和氫電弧等離子體法制備了幾種不同來源的納米銅催化劑.結(jié)果表明,氫電弧等離子體法制備的銅納米粒子只能催化

4、帶狀直纖維的生成,前驅(qū)體法和還原法制備的銅納米粒子都能夠催化乙炔的沉積生成規(guī)則卷曲對稱生長的螺旋纖維.所以,螺旋纖維的螺旋形態(tài)和對稱生長模式不是前驅(qū)體的酸根陰離子導(dǎo)致的,也不是酸根的手性引起的.纖維中催化劑粒子多面體形狀的規(guī)則性是決定纖維是否以螺旋形態(tài)生長的決定性因素.前驅(qū)體的分解和硫酸銅的硼氫化鈉還原能夠產(chǎn)生一種特殊形式的亞穩(wěn)態(tài)的納銅米晶.在纖維生長過程中,這些粒子能從不規(guī)則的形狀變成規(guī)則的多面體形狀,有利于螺旋纖維的生長.而由氫電弧