直流电弧放电法制备纳米碳颗粒及其表征和性能研究

论文摘要

纳米碳颗粒（CNPs）是新型纳米碳材料之一,由于具有结构独特、比表面积大、稳定性高和优异的光、电、机械性能等特点,在很多领域,有广阔的应用前景。电弧放电法是制备CNPs的主要方法之一,在现阶段,有关电弧放电法制备CNPs的研究,已经成为这一领域的研究热点之一。为了制备出满足各种需求的CNPs,近些年,人们已经对CNPs的制备和性能研究做了很多探索。到目前为止,还存在很多值得探讨解决的问题。本文采用电弧放电法制备CNPs,考察了制备过程中,催化剂、进气温度和放电气氛三个因素对CNPs的收率、形貌和微结构、以及由CNPs制备的悬浮液的电导率的影响。首先,通过计算在不同电弧放电实验条件下制备的CNPs的收率,探讨影响CNPs收率的主要因素,结果表明,放电气氛对CNPs的收率影响最明显,催化剂和进气温度对CNPs的收率有一定影响。发现在氮气气氛下的电弧放电产物收率比氩气气氛下的电弧放电产物收率高。然后,借助比表面和孔结构测量仪、高倍透射电镜（HRTEM）和X光电子能谱（EDX）、X-射线粉末衍射（XRD）等仪器,对不同电弧放电条件下制备的CNPs的形貌和微结构进行表征和测量。通过对表征结果的分析,找出影响CNPs形貌和微观结构的电弧放电制备条件。另外,以蒸馏水为溶剂,将不同电弧放电条件下制备的CNPs配制成悬浮液。测量悬浮液在不同水浴温度以及不同放置时间的电导率,探讨不同制备条件下CNPs的悬浮液的电导率随水浴温度和放置时间的变化规律。实验中发现在氮气气氛下制备的CNPs在蒸馏水中分散性较好,配制的悬浮液能够长期稳定存在,且悬浮液的电导率较高,而氩气气氛下制备的CNPs在蒸馏水中开始不易分散,但随着放置时间延长,分散性有所改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 纳米碳颗粒简介
• 1.2 纳米碳颗粒制备方法
• 1.2.1 电弧放电法
• 1.2.2 化学气相沉积法
• 1.2.3 激光等离子体沉积法
• 1.2.4 激光烧蚀法
• 1.2.5 离子束溅射法
• 1.2.6 脉冲激光液相沉积法
• 1.2.7 爆炸法
• 1.3 纳米碳颗粒表征技术
• 1.3.1 形貌表征
• 1.3.2 表面结构表征
• 1.3.3 体相结构表征
• 1.3.4 性能测试
• 1.4 纳米碳颗粒应用研究
• 1.4.1 在电池领域的应用
• 1.4.2 在医学领域的应用
• 1.4.3 在复合材料中的应用
• 1.5 存在问题及研究展望
• 1.6 本课题主要研究内容及意义
• 第二章 实验
• 2.1 实验药品
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 实验装置
• 2.3.2 NiO催化剂制备
• 2.3.3 阳极石墨棒制备
• 2.3.4 电弧放电反应
• 2.4 纳米碳颗粒表征
• 2.4.1 电导率测量
• 2.4.2 表面积和孔结构测量
• 2.4.3 高分辨透射电镜表征（HRTEM）
• 2.4.4 X射线能谱表征（EDX）
• 2.4.5 X-射线粉末衍射表征（XRD）
• 第三章 电弧放电法制备纳米碳颗粒的结果与讨论
• 3.1 放电气氛对放电产物收率的影响
• 3.2 催化剂对放电产物收率的影响
• 3.3 进气温度对放电产物收率的影响
• 3.4 实验的重复性
• 3.5 放电产物的分布讨论
• 3.6 本章小结
• 第四章 纳米碳颗粒的稳定悬浮液的电导率测量结果与讨论
• 4.1 催化剂的影响
• 4.2 放电气氛的影响
• 4.3 进气温度的影响
• 4.4 悬浮液放置时间的影响
• 4.4.1 对石墨粉-悬浮液的电导率的影响
• 4.4.2 对氮气气氛下制备的CNPs的悬浮液的电导率的影响
• 4.4.3 对氩气气氛下制备的CNPs悬浮液的电导率的影响
• 4.5 溶剂的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 纳米碳颗粒的其它表征结果与讨论
• 5.1 比表面和孔结构表征结果与讨论
• 5.1.1 进气温度的影响
• 5.1.2 催化剂的影响
• 5.1.3 放电气氛的影响
• 5.1.4 与石墨粉的比表面和孔结构的比较
• 5.2 HRTEM与EDX表征结果与讨论
• 5.2.1 进气温度对CNPs形貌的影响
• 5.2.2 放电气氛对CNPs的形貌的影响
• 5.2.3 催化剂对CNPs的形貌的影响
• 5.2.4 焙烧对CNPs的形貌的影响
• 5.3 XRD表征结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢