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直流电弧放电法制备新型纳米碳材料的深入研究

作　者: 徐艳
导　师: 崔屾
学　校: 天津大学
专　业: 物理化学
关键词: 直流电弧放电新型碳纳米材料碳源氮气温度基片位置扫描电子显微镜透射电子显微镜
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

碳纳米材料是纳米材料的一个重要分支,其相关研究已经成为当前国际上最活跃的前沿领域之一。本文采用直流电弧放电法,在氮气气氛下,主要考察了碳源、氮气温度、基片放置位置对放电产物形貌及收率的影响;借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)表征方法,对放电产物的形貌、微观结构进行了表征。本文还采用焙烧方法对电弧放电实验所用的碳源进行了筛选。SEM表征结果表明,在放置于电弧放电区域上面和下面的基片上,使用碳黑为碳源比石墨为碳源更有利于生成准网状结构产物,但在放置于电弧放电区域侧面的基片上则相反;在放置于电弧放电区域上面和侧面的基片上,氮气进气温度为800℃时比氮气进气温度为室温时更有利于生成准网状结构产物,但以碳黑为碳源时,在放置于电弧放电区域下面的基片上则相反。不锈钢片的放置位置对于其表面生成产物的形貌的影响无明显的规律性。在多数条件下,在不锈钢片上均生成表面类似动物胃壁的绒球状产物,但无明显的规律性。TEM表征结果表明,在放置于电弧放电区域侧面和下面的基片上,使用碳黑为碳源比石墨为碳源更有利于生成纳米颗粒;但在放置于电弧放电区域上面的基片上,氮气进气温度为室温时则相反;在放置于电弧放电区域上面的基片上,氮气进气温度为室温比氮气进气温度为800℃时更有利于生成尺寸较小的纳米颗粒;但在放置于电弧放电区域下面的基片上则相反。基片的放置位置对于其表面生成产物的形貌的影响是:在放置于电弧放电区域上面的基片上均是以纳米颗粒为主;但在放置于电弧放电区域侧面和下面的基片上除生成纳米颗粒外,还有少量的纳米管,多数都有片状单晶物。焙烧实验结果表明,碳黑与石墨样品分别在焙烧温度达到540℃、730℃时被完全氧化,均可以作为本放电实验的碳源;活性炭在焙烧温度达到750℃时仍不能被完全氧化,不适宜作为本放电实验的碳源。本课题的研究结果为制备新型碳膜及碳纳米材料开辟了新的途径,对于推动相关领域的研究工作具有重要的实际意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章文献综述  8-17
  1.1 碳纳米材料简介  8-10
  1.2 纳米碳材料的制备方法  10-13
    1.2.1 纳米碳材料的传统制备方法  10-12
      1.2.1.1 直流电弧放电法  10-11
      1.2.1.2 化学气相沉积法（催化裂解法）  11
      1.2.1.3 激光蒸发法  11
      1.2.1.4 低温固态热解法  11
      1.2.1.5 太阳能法  11-12
      1.2.1.6 火焰法  12
      1.2.1.7 水热法  12
      1.2.1.8 超临界流体技术  12
      1.2.1.9 固相复分解反应制备法  12
    1.2.2 其他方法  12
    1.2.3 纳米碳材料制备最新进展  12-13
  1.3 纳米碳材料的表征方法  13-15
    1.3.1 扫描电子显微镜(SEM)  13-14
    1.3.2 透射电子显微镜(TEM)  14
    1.3.3 X 射线衍射谱（XRD）  14
    1.3.4 X 射线光电子能谱（XPS）  14-15
    1.3.5 红外光谱和拉曼光谱  15
    1.3.6 其他表征方法  15
  1.4 纳米碳材料的应用  15-16
    1.4.1 在电学领域的应用  15
    1.4.2 在生物医学领域的应用  15-16
    1.4.3 在储能材料方面的应用  16
  1.5 纳米碳材料的安全问题  16
  1.6 本课题的主要研究内容和意义  16-17
第二章实验  17-21
  2.1 实验试剂  17
  2.2 实验仪器  17-18
  2.3 实验方法  18-20
    2.3.1 焙烧实验  18
    2.3.2 放电实验  18-20
      2.3.2.1 阳极棒的制备  18
      2.3.2.2 放电实验装置的组装  18-19
      2.3.2.3 实验步骤  19
      2.3.2.4 收集产物  19-20
  2.4 表征方法  20-21
    2.4.1 扫描电子显微镜（SEM）  20
    2.4.2 透射电子显微镜（TEM）  20-21
第三章结果与讨论  21-55
  3.1 焙烧实验  21-22
    3.1.1 石墨焙烧实验  21
    3.1.2 碳黑焙烧实验  21
    3.1.3 活性炭焙烧实验的结果与讨论  21-22
  3.2 碳源对放电产物的影响  22-49
    3.2.1 对产物收率的影响  22-23
    3.2.2 对产物形貌的影响  23-49
      3.2.2.1 扫描电子显微镜表征结果与讨论  23-33
      3.2.2.2 透射电子显微镜表征结果与讨论  33-49
  3.3 氮气温度对放电产物的影响  49-52
    3.3.1 对产物收率的影响  49-50
    3.3.2 对产物形貌的影响  50-52
      3.3.2.1 扫描电子显微镜表征结果与讨论  50
      3.3.2.2 透射电子显微镜表征结果与讨论  50-52
  3.4 基片放置位置对放电产物形貌的影响  52-55
    3.4.1 扫描电子显微镜表征结果与讨论  52-53
    3.4.2 透射电子显微镜表征结果与讨论  53-55
第四章结论  55-57
参考文献  57-61
发表的论文情况说明  61-62
致谢  62

直流电弧放电法制备新型纳米碳材料的深入研究

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