论文摘要
碳纳米管由于其独特的物理、化学、材料、力学等方面的性能，自从发现以来成为国内外的研究热点。而由于制备上存在的缺点：如产量和产率较低、连续化生产能力低，从而导致碳纳米管的价格昂贵，也就在某种程度上制约了其在实际中的广泛应用。因此必须在原料上选择更加广泛、制备方法上尽量满足工业化生产的要求。基于此，本文选择炭黑作为碳源，遵循“一条主线、两种对比、三种原料及三种方法”的主体思想进行碳纳米管的制备。即以炭黑为原料实现碳纳米管的连续制备为主线，在原料的性质和产品的质量上进行对比，采用色素炭黑、橡胶炭黑、乙炔炭黑，分别通过添加石墨棒电弧放电、改进的连续进料电弧法生产以及二次放电三种方法来制备碳纳米管。也就是由简单到复杂逐步实现炭黑到碳纳米管的高效、低价、连续化生产。研究表明：乙炔炭黑制备的碳纳米管纯度和产率均最高，色素炭黑与橡胶炭黑结果相似。试验中的主要影响参数是催化剂的种类及用量，催化剂采用Fe系金属及其氧化物，催化效果Fe和Fe2O3要优于Fe3O4，Fe3O4得到的主要是直经达到100纳米的碳纳米管。而对于对石墨有良好的催化效果的Co、Ni／Y却并没有发现好的催化效果甚而不如Fe的氧化物。催化剂的最佳比例为炭黑质量的20％；其次是保护气体的种类和压力。以Ar气为载气比较压力的影响发现在0.08MPa时效果最佳，但是在常压下也可以制得碳纳米管。按照填充石墨棒的参数在连续进料装置上初步实现了以炭黑为碳源连续制备碳纳米管。并且发现了一些非常规形状的碳纳米管。而后以炭黑、阳城煤二次放电的结果表明多次石墨化有利于提高产物的质量。本文还对碳纳米管的生长机理进行了初步的探讨。认为炭黑的“石墨微晶”结构是在高温条件下首先经过炭化、石墨化阶段，使其石墨化程度提高后再以金属原子作为生长基底进一步转化成碳纳米管。本文的试验结果通过SEM、TEM、HRTEM、Raman、TG、XRD等手段进行表征分析。