粉末电爆制备碳纳米材料方法研究

发布时间：2017-03-25 05:00

  本文关键词：粉末电爆制备碳纳米材料方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电爆炸法因能量利用率高、工艺参数可调、制备产物纯度高等优势,近来成为一种新型的纳米材料制备技术。通常以丝材作为电爆材料来制备纳米粉体,如Cu、Ni、Mo等,而一些材料很难制成丝,以粉末作为电爆材料也具有一定的优势,既可以用于电爆喷涂也可以用于材料合成。本文将天然石墨粉作为电爆材料来制备碳纳米材料,具有一定的创新和实际工业应用价值。本文在本实验室已有研究成果基础之上,设计开发了一种粉末电爆制备碳纳米材料的装置。该装置主要由约束爆炸装置、送粉装置、高压充电电路、收粉装置等组成。电动伸缩杆带动载料杆运动,载料杆与约束套形成一端封闭一端开口的约束管,粉末经送粉器定量输送至载料杆。当粉末随载料杆运动到离高压电极合适位置,借助气体放电机制,将脉冲大电流导入粉末,粉末在约束管内发生电爆炸。利用该装置,以天然石墨粉为原料,在一定电压不同约束管截面,和一定约束管截面不同电压下,进行电爆试验。通过显微观察分析制备产物形态变化,对一定约束管截面不同电压下的制备产物进行拉曼表征分析。初始电压8kv,约束管截面直径为3、4、5和6mm时,制备产物形态没发生变化,以颗粒型存在。在较小截面约束管,制备产物中除存在球形颗粒外还存在多面体颗粒,增加约束管截面,制备产物中多面体颗粒减少。在约束管截面直径为4mm,电压8、9、10和11kv时,制备产物中既存在颗粒型又有片层状。随电压升高制备产物中颗粒形态减少,片层状增多。电爆炸非平衡过程使粉末在约束管内发生电爆炸瞬间,气相和液相粒子并存。爆炸产物喷射出约束管,液相粒子凝固形成球形颗粒,气相粒子凝华形成多面体颗粒,爆炸瞬间产生的强大冲击波使石墨发生层状剥离,即制备产物中出现片层状。沉积在粉末上的能量密度随电压升高增加,伴随爆炸瞬间产物中气相份额大于液相,进而制备产物中颗粒型减少片层状增多。在约束管截面直径4mm,对不同电压下制备的碳纳米材料进行拉曼光谱分析,发现石墨粉电爆炸后发生了纳米化,制备产物中的颗粒为纳米石墨颗粒,片层状为石墨烯。特别在电压11kv时,制备产物中出现了大量片层状,通过拉曼光谱分析,及计算IG′/IG强度比,可以认为在该电爆参数下出现的片层状为层数在4层左右的石墨烯。
【关键词】：管内约束 粉末电爆 能量密度 纳米石墨颗粒 石墨烯
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TQ127.11
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 碳纳米材料的制备方法10-16
• 1.1.1 电弧放电法11-12
• 1.1.2 激光烧蚀法12
• 1.1.3 化学气相沉积(CVD)法12-13
• 1.1.4 炸药爆轰法13-14
• 1.1.5 电爆材料合成法14-16
• 1.2 电爆炸法制备碳纳米材料16-18
• 1.2.1 管内约束电热爆的发展及应用16-17
• 1.2.2 管内约束粉末电爆炸法制备碳纳米材料的原理17-18
• 1.2.3 电爆炸法制备碳纳米材料的特点18
• 1.3 论文主要研究内容18-20
• 第2章 粉末电爆炸制备碳纳米材料装置20-38
• 2.1 引言20-21
• 2.2 电爆炸法制备碳纳米材料装置21-36
• 2.2.1 试验装置设计21-22
• 2.2.2 约束爆炸装置22-29
• 2.2.3 送粉装置29-33
• 2.2.4 高压电路33-34
• 2.2.5 收粉器34-35
• 2.2.6 电爆室35-36
• 2.3 本章小结36-38
• 第3章 电爆炸石墨粉工艺试验38-44
• 3.1 引言38
• 3.2 试验方法38-39
• 3.3 粉末量和初始电压对起爆可靠性影响39-40
• 3.4 粉末电爆炸过程中约束管发生消融现象40-41
• 3.5 粉末电爆过程电信号测定41-42
• 3.6 本章小结42-44
• 第4章 粉末电爆炸制备碳纳米材料44-52
• 4.1 引言44
• 4.2 试验方法44
• 4.3 试验结果分析与讨论44-50
• 4.3.1 电爆炸制备碳纳米材料形成过程分析44-46
• 4.3.2 初始电压对制备产物形貌影响46-47
• 4.3.3 落粉槽截面对制备产物形貌影响47-49
• 4.3.4 碳纳米材料拉曼光谱分析49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 结论52-54
• 参考文献54-57
• 致谢57-58
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：266660