激光法制备碳纳米管及碳包覆金属纳米颗粒的研究

论文摘要

碳纳米管和碳包覆金属纳米颗粒都是研究较多的碳纳米材料,在生物医学工程、催化、新能源等诸多领域显示出巨大的应用价值。本文利用毫秒脉冲激光辐照乙醇中的镍/炭黑混合靶,在常温常压的环境中成功制备了大量鱼骨状的多壁碳纳米管,并研究了碳纳米管的形成机制。结果表明,不同的碳源—石墨和炭黑—提供碳原子的能力是有差异的,激光作用到镍/炭黑靶上后会在靶上形成一个较大的镍碳蒸气羽区,并在其周围产生一个热影响区,碳纳米管在热影响区内生长。而激光作用镍/石墨靶形成的蒸气羽区较小,距离催化剂稳定存在的热影响区较远,起不到提供碳源的作用,也就不能形成碳纳米管。利用炭黑为碳源所得到的鱼骨状碳纳米管扭曲度高,并有大量棱面在表面,有利于作为复合材料的添加剂进一步提高复合材料的力学性能。利用激光液相烧蚀法成功制备了碳包覆镍纳米颗粒。提出了在激光作用下碳包覆镍纳米颗粒的形成机制:高能量的激光作用在靶材上,使金属靶蒸发气化,进而使乙醇分解产生碳原子,碳原子与镍蒸气均匀混合后在周围液体的冷却和限制作用下塌陷、凝聚成溶有碳的镍液滴,随着进一步冷却,碳在镍中不断饱和析出,从而在镍表面形成包覆碳层。实验表明,此方法也可以用于其它核壳结构纳米材料的制备。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 碳纳米管概述
• 1.2.1 碳纳米管的性能及应用
• 1.2.2 碳纳米管的制备方法及形成机制
• 1.3 碳包覆金属纳米材料概述
• 1.3.1 碳包覆金属纳米颗粒的性能及应用
• 1.3.2 碳包覆金属纳米颗粒制备及形成机理
• 1.4 激光法制备碳纳米管及碳包覆金属纳米颗粒的研究现状
• 1.4.1 激光技术制备纳米材料的特点
• 1.4.2 激光技术制备纳米材料的方法
• 1.4.3 激光法制备碳纳米管
• 1.4.4 激光法制备碳包覆纳米颗粒
• 1.5 课题来源及创新之处
• 第二章 实验原料、设备及装置
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验设备
• 2.3 实验装置
• 第三章 激光法制备碳纳米管及形成机理研究
• 3.1 实验方法
• 3.2 实验设计
• 3.3 实验结果
• 3.4 碳纳米管形成机理分析
• 3.4.1 碳源的不同对形成碳纳米管的影响
• 3.4.2 激光对不同碳源靶材的作用过程
• 3.4.3 液相的存在及不同气氛对生长碳纳米管的影响
• 3.4.4 碳纳米管的生长过程分析
• 3.4.5 碳纳米管结晶程度低的原因分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 激光液相烧蚀法制备碳包覆金属纳米颗粒
• 4.1 实验方法
• 4.2 实验设计
• 4.3 制备碳包覆镍纳米颗粒的实验结果
• 4.4 碳包覆镍纳米颗粒形成机理分析
• 4.5 其它核壳结构纳米材料的制备
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢