新型碳纳米结构材料的制备研究
发布时间：2021-04-18 09:39
自英国物理化学家哈罗德·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利于1985年在莱斯大学制备出富勒烯后,由于富勒烯独特的物理、化学性质,碳纳米材料得到人们广泛的关注并得到快速发展。从零维富勒烯、一维碳纳米管到二维石墨烯,碳的同素异形体不断被丰富。不同的碳纳米结构决定材料不同的物理、化学性质,因而决定其应用领域。而为获得具有特定碳纳米结构材料,碳纳米材料的形貌控制代表了其众多探索方向之一。在本论文中,采用常压化学气相沉积法,氢气作为唯一反应载气,苯作为碳源,噻吩作为生长促进剂,利用磁控溅射仪制备的纳米镍薄膜硅片作为生长基底,并在氢气氛围下首次报道、制备全新碳纳米结构---碳纳米梨。碳纳米梨具有独特的纳米结构---纳米尺寸尖端、纳米尺寸根部以及实心内部,可在储能领域、催化剂载体、复合材料、碳基导电材料等领域具有广阔应用前景。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱仪等表征仪器,研究碳纳米梨生长影响因素及形成机理:第一,研究化学气相沉积法生长中氢气流量、反应时间、噻吩、催化剂等对碳纳米梨产率和尺度的影响,探索碳纳米梨的生长规律,确定碳纳米梨生长的关键控制因素,提高碳纳米梨的纯度。第二,生长实验...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１根据不同维度（０维，１维，２维）碳纳米颗粒的分类图??Ｆｉｇ．?１．１?ｄｉａｇｒａｍ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?ａｃｃｏｒｄｉｎｇ?ｔｏ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ?（０Ｄ，１Ｄ，２Ｄ）??
?第１章绪论???该纳米资??绂纳米管．??．???＾?＼??＼电！ａ放电?＼??＿＼?＇＇ｔ?Ａ?阳极?Ｗｂ??石？??图１．２电弧放电法示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｒｃ－ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｍｅｔｈｏｄ??１．４．２燃烧法??苯蒸气、甲苯蒸气为原料，与氧气混合后，在燃烧室低压环境下进行不完全??燃烧，所得到的碳灰中含有比例比较高的富勒條，经过提纯后得到纯富勒烯产物。??该制备方法通过对稀释气体种类、燃烧室内压力、Ｃ／０比例以及火焰离喷嘴的距??离等参数，达到对富勒烯的产率的优化调整｜４５４７］。该制备方法具有无需电力消耗??且能够连续进料等优点，可节约成本，但此方法对环境有比较大的污染。??１．４．３氧化还原法??采用石墨作为原材料，通过氧化作用使得石墨层间距由〇．３４ｎｍ扩大到??０．７８ｎｍ，再通过外力剥离，得到单原子层厚度的石墨烯氧化物…氧化石墨烯，之??后还原制得石墨烯，原理图如图１．３所示。??氧化石墨制备方法主要有Ｈｕｍｍｅｒｓ１４８１、Ｂｒｏｄｉｅ＾４９１、Ｓｔａｕｄｅｎｍａｉｅｒ丨５０】，它们都??通过使用浓硫酸、浓硝酸或者浓硫酸与浓硝酸的混合物处理原始石墨，将强酸小??分子插入石墨层间，再用强氧化剂（如高氯酸、高锰酸钾）对石墨进行氧化。但??上述方法会产生较多有毒气体，或制备耗时过长。２０１４年Ｐｅｎｇｌ５１】等提出绿色安??全的制备氧化石墨烯方法，该方法将浓硫酸、Ｋ２Ｆｅ０４和石墨薄片共同在室温下??搅拌一个小时，经多次离心分离和水洗后制得氧化石墨烯，避免产物中重金Ｍ离??子及有害气体的产生，同时硫酸也可循环利用。??
?第１章绪论???还原法。常见的还原剂为水和肼、二甲肼、乙二胺等［５２］，经过还原反应得到大量??石墨烯。但得到的石墨烯产物结构不完整，从而限制了石墨烯的应用。??三＃辱名＾??石墨?氧化石墨?氧化石墨烯?石墨烯??图１．３氧化还原法制备石墨烯的示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＲＥＤＯＸ?ｍｅｔｈｏｄ?ｆｏｒ?ｐｒｅｐａｒｉｎｇ?ｇｒａｐｈｅｎｅ??１．４．４爆轰合成法??如图１．４所示，爆轰合成法利用含碳量较高的负氧平衡炸药为原材料，在保??护介质的作用下，通过爆炸产生瞬间的高温高压将原材料中的碳原子变成游离??碳，游离碳重新排布、聚集、晶化后形成纳米碳聚集体，最终得到无定形碳、纳??米金刚石［８］等不同结构碳材料。但得到的纳米金刚石聚集程度较高、很难被分离，??从而限制了制备得到的碳纳米金刚石的应用。??图１．４爆炸容器示意图??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ?ｖｅｓｓｅｌ??１．４．５脉冲激光烧蚀法??脉冲激光烧蚀技术，指用一束高能脉冲激光辐射靶材表面，使靶材表面产??生数千摄氏度至上万摄氏度的高温，此高温将融化所有材料。之后，靶材就会融??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外石墨烯前沿应用研究进展[J]. 江洪,王春晓. 新材料产业. 2019(11)
[2]纳米碳点的制备与应用研究进展[J]. 胡超,穆野,李明宇,邱介山. 物理化学学报. 2019(06)
[3]石墨烯在锂离子电池中的应用[J]. 刘玲玲,张红梅. 当代化工研究. 2018(06)
[4]碳基纳米结构作为燃料电池催化剂载体的研究进展[J]. 吕路强,沈骏,向路,刘双翼,谢雄,周猛兵. 材料导报. 2017(21)
[5]碳纳米管的功能化及其在复合材料中的应用[J]. 杨蕊,程博闻,康卫民,李甫,费鹏飞. 材料导报. 2015(07)
[6]石墨烯复合材料的研究及其应用[J]. 任成,王小军,李永祥,王建龙,曹端林. 现代化工. 2015(01)
[7]石墨烯的研究进展[J]. 刘乐浩,李铁虎,赵廷凯,王大为. 材料导报. 2012(09)
[8]纳米石墨的制备方法及机理与应用研究进展[J]. 孙贵磊. 材料开发与应用. 2011(04)
[9]碳纳米材料制备技术的进展[J]. 王迎春,史宝平. 化学工业与工程技术. 2009(03)
[10]扫描电子显微镜在无机材料分析中的应用[J]. 王蕾,靖丽丽,高春香,张静. 当代化工. 2007(03)
本文编号：3145255
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１根据不同维度（０维，１维，２维）碳纳米颗粒的分类图??Ｆｉｇ．?１．１?ｄｉａｇｒａｍ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?ａｃｃｏｒｄｉｎｇ?ｔｏ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ?（０Ｄ，１Ｄ，２Ｄ）??
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?第１章绪论???还原法。常见的还原剂为水和肼、二甲肼、乙二胺等［５２］，经过还原反应得到大量??石墨烯。但得到的石墨烯产物结构不完整，从而限制了石墨烯的应用。??三＃辱名＾??石墨?氧化石墨?氧化石墨烯?石墨烯??图１．３氧化还原法制备石墨烯的示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＲＥＤＯＸ?ｍｅｔｈｏｄ?ｆｏｒ?ｐｒｅｐａｒｉｎｇ?ｇｒａｐｈｅｎｅ??１．４．４爆轰合成法??如图１．４所示，爆轰合成法利用含碳量较高的负氧平衡炸药为原材料，在保??护介质的作用下，通过爆炸产生瞬间的高温高压将原材料中的碳原子变成游离??碳，游离碳重新排布、聚集、晶化后形成纳米碳聚集体，最终得到无定形碳、纳??米金刚石［８］等不同结构碳材料。但得到的纳米金刚石聚集程度较高、很难被分离，??从而限制了制备得到的碳纳米金刚石的应用。??图１．４爆炸容器示意图??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ?ｖｅｓｓｅｌ??１．４．５脉冲激光烧蚀法??脉冲激光烧蚀技术，指用一束高能脉冲激光辐射靶材表面，使靶材表面产??生数千摄氏度至上万摄氏度的高温，此高温将融化所有材料。之后，靶材就会融??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外石墨烯前沿应用研究进展[J]. 江洪,王春晓. 新材料产业. 2019(11)
[2]纳米碳点的制备与应用研究进展[J]. 胡超,穆野,李明宇,邱介山. 物理化学学报. 2019(06)
[3]石墨烯在锂离子电池中的应用[J]. 刘玲玲,张红梅. 当代化工研究. 2018(06)
[4]碳基纳米结构作为燃料电池催化剂载体的研究进展[J]. 吕路强,沈骏,向路,刘双翼,谢雄,周猛兵. 材料导报. 2017(21)
[5]碳纳米管的功能化及其在复合材料中的应用[J]. 杨蕊,程博闻,康卫民,李甫,费鹏飞. 材料导报. 2015(07)
[6]石墨烯复合材料的研究及其应用[J]. 任成,王小军,李永祥,王建龙,曹端林. 现代化工. 2015(01)
[7]石墨烯的研究进展[J]. 刘乐浩,李铁虎,赵廷凯,王大为. 材料导报. 2012(09)
[8]纳米石墨的制备方法及机理与应用研究进展[J]. 孙贵磊. 材料开发与应用. 2011(04)
[9]碳纳米材料制备技术的进展[J]. 王迎春,史宝平. 化学工业与工程技术. 2009(03)
[10]扫描电子显微镜在无机材料分析中的应用[J]. 王蕾,靖丽丽,高春香,张静. 当代化工. 2007(03)
本文编号：3145255
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