碳包覆钴纳米粒子的制备及其应用基础研究

论文摘要

碳包覆金属纳米粒子（Carbon encapsulated metal nanoparticles, CEM NPs）,是由数层-数十层石墨结构层紧密围绕金属纳米核有序排列构成的,这种结构被称为核壳结构,由于壳层石墨的化学性质非常稳定,为金属纳米粒子提供一保护层使其免受外界环境的影响,极大拓展了材料应用的范围。这种材料本身具有奇特的电学、磁学、光学和力学性能,而且具有独特的核/壳结构因而在许多领域显示出了巨大的潜在应用价值。传统的制备碳包覆金属纳米粒子的方法存在装置复杂、工艺参数不易控制、生产成本高、产率低以及纯度低等诸多弊端。本文实验采用反应条件温和、工艺参数可控的方法成功制备了碳包覆Co纳米粒子以及碳包覆FeCu4纳米粒子,单批次产量在十几克左右。实验中比较详细的讨论了碳源种类、碳源与金属源的比C/M、退火温度以及退火时间等反应条件对碳包覆Co纳米粒子结构和形态的影响。通过XRD、HRTEM、Raman等测试手段,对碳包覆Co纳米粒子和碳包覆FeCu4纳米粒子成分、结构进行了表征。碳包覆Co纳米粒子具有良好的核/壳结构,外形呈准球状,壳层石墨化程度较高,粒径在30-60nm左右;碳包覆FeCu4纳米粒子也具有明显的核/壳结构,但壳层石墨化程度较低,粒径在20-50nm左右。通过VSM、TG-DSC等测试手段,对碳包覆Co纳米粒子和碳包覆FeCu4纳米粒子的性能进行了表征,两者都有具有明显的磁性和良好的热稳定性。碳包覆Co纳米粒子的磁性要比碳包覆FeCu4纳米粒子强。在涂料实验中将碳包覆Co纳米粒子作为涂料添加剂,其加量在3-20wt%时,涂料仍然保持着良好的附着力、漆膜的柔韧性、漆膜的硬度等涂料性能,并且涂料具有一定的导电能力和明显的磁性,有望成为良好的吸波涂料和电磁屏蔽涂料。将碳包覆Co纳米粒子作为润滑剂添加到液体石蜡中,用四球法和销盘法研究碳包覆Co纳米粒子的摩擦性能,通过四球法实验我们可知添入润滑剂的润滑油PB值和PD值略低于基础油的,但其磨斑和摩擦力明显小于基础油的,表明润滑剂具有良好的减摩擦磨损效果。通过销盘法实验测试载荷、转速与摩擦系数的关系,由实验结果我们可知,载荷为45N和转速为330 r/min条件下,润滑油的摩擦性能最好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 碳包覆金属纳米粒子的研究现状
• 1.1.1 碳包覆金属纳米粒子发现的背景
• 1.1.2 碳包覆金属纳米粒子的制备和形成机理
• 1.1.3 碳包覆金属纳米粒子的性质与应用
• 1.2 纳米润滑油添加剂的研究现状
• 1.3 纳米涂料的的研究现状
• 1.4 本论文研究内容及目的
• 第2章 碳包覆金属纳米粒子复合材料的制备
• 2.1 实验
• 2.1.1 原料与试剂
• 2.1.2 装置与工艺过程
• 2.1.3 测试与表征
• 2.2 碳包覆Co 纳米粒子的成分结构与性能的分析
• 2.2.1 XRD 分析
• 2.2.2 HRTEM 分析
• 2.2.3 Raman 分析
• 2.2.4 TG/DSC 分析
• 2.2.5 VSM 分析
• 2.3 实验条件对碳包覆Co 纳米粒子制备影响的分析
• 2.3.1 金属硝酸盐的还原过程的分析
• 2.3.2 碳源对碳包覆Co 纳米粒子制备影响的分析
• 2.3.3 反应条件对碳包覆Co 纳米粒子制备影响的分析
• 2.4 碳包覆Cu-Fe 合金纳米粒子的成分结构与性能的分析
• 2.4.1 XRD 分析
• 2.4.2 HRTEM 分析
• 2.4.3 VSM 分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 碳包覆Co 纳米粒子涂料的制备及性能的研究
• 3.1 实验
• 3.1.1 原料与设备
• 3.1.2 涂料制备的工艺过程
• 3.1.3 碳包覆Co 纳米粒子涂料的制备方案
• 3.1.4 测试及表征
• 3.2 涂料黏度的测定与分析
• 3.3 涂料附着力的测定与分析
• 3.4 涂料耐冲击性的测定与分析
• 3.5 涂料柔韧性的测定与分析
• 3.6 涂料硬度的测定与分析
• 3.7 涂料导电性的测定与分析
• 3.8 涂料磁性能的测定与分析
• 3.9 本章小结
• 第4章 碳包覆Co 纳米粒子摩擦学性能的研究
• 4.1 实验
• 4.1.1 原料与设备
• 4.1.2 测试及表征
• 4.2 润滑油黏度的测定与分析
• 4.3 四球法摩擦性能的测试与分析
• 4.3.1 添加剂含量对PB 的影响
• 4.3.2 添加剂含量对磨斑直径和摩擦力的影响
• 4.3.3 摩擦时间对磨斑直径和摩擦力的影响
• 4.3.4 烧结负荷PD 的测定与分析
• 4.3.5 磨斑宏观表面形貌分析
• 4.4 销盘试验法摩擦性能的测试与分析
• 4.4.1 载荷对摩擦系数的影响
• 4.4.2 转速对摩擦系数的影响
• 4.4.3 磨斑宏观表面形貌分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢