碳纳米洋葱制备方法的研究进展

碳纳米洋葱是继富勒烯与碳纳米管之后的又一新型碳纳米材料,在润滑剂、磁性材料等领域具有广阔的应用前景.综述了碳纳米洋葱的主要合成方法(电弧放电法、等离子体法、电子束照射法、热处理法、热解法和化学气相沉积法)及其特点,讨论了碳洋葱的形成机理,并简单介绍了碳纳米洋葱的性能及其应用.     

液相脉冲激光轰击石墨制备碳纳米材料研究进展

碳纳米材料具有特殊的力学、电学及物化性能,在微电子、航空航天、军用材料等领域具有广阔的应用前景,利用脉冲激光高效、可控制备新型碳纳米材料已成为研究热点。简要介绍了激光与碳材料的相互作用及纳米粒子的成形机理,详细阐述了液相脉冲激光制备纳米金刚石、碳纳米管、石墨烯等碳纳米材料的过程及其影响因素,并展望了激光轰击石墨制备碳纳米材料的主要研究方向。     

水或液氮中电弧放电制备炭纳米材料

利用特制的电弧放电装置，研究了水或液氮中碳电弧放电形成炭纳米材料的机理。借助高分辨率透射电子显微镜对电弧放电生成的产物进行了观察和分析。结果表明：在水或液氮中碳电弧放电可以生成多壁碳纳米管和碳纳米洋葱结构，液氮中碳电弧放电可以生成单壁碳纳米角，水中钴催化碳电弧放电可以生成碳包裹的纳米钴颗粒。横向低频交变磁场会影响碳纳米材料的形核过程，并且可以推测磁场交变的频率5Hz与纳米管、纳米洋葱等结构的生长周期存在某种拟合。根据实验现象，提出了一种解释液体中碳电弧放电过程纳米材料生成的理论模型。     

等离子体发生器制备纳米微粒

介绍了等离子体发生器化学气相反应法(CVD)的工作原理和直流电弧主电路,并对此法制备金属纳米和金属纳米氧化物过程中温度、颗粒形态的控制进行了分析。     

重油残渣基新型碳功能材料的研究进展

综述了以重油残渣为原料,采用化学气相沉积法、共炭化法和微波等离子体法可控制备气相生长碳纤维、碳微球、内包铁洋葱状富勒烯、纳米碳管、内包金属碳微米颗粒及定向碳纳米薄膜等各种高附加值碳材料;采用等离子体氧化法、酸处理法、化学还原法等方法对气相生长碳纤维和碳微球进行表面修饰,在产物表面引入含氧官能团,解决了可溶性碳材料的制备问题;在碳微球表面引入Pt纳米颗粒,使重油残渣基新型碳材料在表面修饰和功能化后可望成为性能优异的吸附和催化材料.     

直流碳弧法制备碳包覆铁纳米颗粒机理研究

采用直流碳弧等离子体法成功制备了碳包覆铁纳米颗粒,利用透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、X射线能谱仪对样品的形貌、物相结构、化学成分和粒度进行表征分析,并对碳包覆纳米金属颗粒的形成机理进行初步探讨。结果表明:直流碳弧等离子体技术制备的碳包覆纳米金属颗粒具有明显的铁核(bcc-Fe)/碳壳(石墨层片)包覆结构,颗粒大多呈球形和椭球形,粒径分布在20~60nm范围,平均粒径为44nm,铁粒子外碳层的厚度为5~8nm。碳包覆铁纳米铁颗粒是通过颗粒内部固态形式的碳自行扩散至颗粒表面和颗粒外部气态形式的碳沉积到颗粒表面形成的。     

难熔金属纳米晶的制备及其性能

评述了近年来关于难熔金属纳米材料制备方法的研究,较详细地综述了难熔金属纳米材料在力学、热学等方面的特殊性能,并介绍了对V纳米颗粒熔化的模拟,发现V纳米颗粒的熔点与其尺寸的倒数呈线性关系.     

电弧等离子体法在纳米材料制备中的应用

电弧等离子体法可广泛用于多种纳米粉末、纳米管及纳米薄膜的制备.介绍了电弧等离子体法制备纳米材料的基本工作原理及其在制备各种纳米材料的应用,分析了电弧等离子体法的特点与优势,并展望了其发展前景.     

水热炭化法制备生物质基碳纳米材料研究进展

碳纳米材料因具有良好的吸附、电化学、催化以及气体贮存性能,被认为是材料科学研究中的热点明星.碳纳米材料大致分为富勒烯、碳纳米管、石墨烯、碳微球、碳纳米杂化材料等.碳纳米材料的研究重点是探索简易、环保、低能耗、过程可控的制备方法.现在主要的研究手段是利用可再生的木质纤维原料衍生物、纤维素、半纤维以及构成这些聚糖的结构单糖等碳水化合物作为碳源,进行水热炭化反应.本文详细介绍了生物质水热炭化过程中所发生的降解及炭化反应,着重介绍了水热炭化制备生物质碳微球以及生物质碳包覆纳米颗粒过程中涉及的成核生长机理.在此基础上,还分别论述了碳微球、碳包覆纳米复合材料的合成工艺.同时对上述碳纳米材料在水污染治理、电化学、催化、生物及传感器领域等方面进行了全面的概括.最后,本文总结了前人研究工作中存在的几点问题并提出了相应的建议.     

电弧等离子体法在纳米材料制备中的应用

电弧等离子体法可广泛用于多种纳米粉末、纳米管及纳米薄膜的制备。介绍了电弧等离子体法制备纳米材料的基本工作原理及其在制备各种纳米材料的应用，分析了电弧等离子体法的特点与优势，并展望了其发展前景。     

电化学法制备纳米材料的研究现状

分析了国内外制备纳米材料的现状,电沉积纳米晶体的优点、方法.重点介绍了利用模板法、电解电镀法、石墨电弧法、直流碳弧法、超声电化学法、直流电弧等离子蒸发-冷凝法、电沉积法制备纳米线、纳米管、纳米多层膜、纳米合金、纳米枝晶和纳米材料的基本方法、合成原理、技术要点以及一些表征等.比较了各种方法的异同点、优缺点及其在不同条件下得到的形态各异的产品.给出了相关技术参数,指出了纳米材料的未来发展方向.     

直流碳弧等离子体法制备碳包覆铁纳米颗粒研究

在惰性保护气氛下,采用直流碳弧等离子体法成功制备了碳包覆铁纳米颗粒,并利用x射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和相应选区电子衍射(ED)等测试手段,对样品的化学成分、形貌、物相结构、粒度等特征进行表征分析.实验结果表明:直流碳弧等离子体技术制备的碳包覆纳米金属颗粒具有明显的核-壳结构,内核金属结晶度较高,外壳碳为类石墨层结构,颗粒大多呈球形和椭球形,粒径分布在20nm～60nm范围,平均粒径为44nm.     

利用等离子体技术制备和改性碳基纳米材料的研究进展

碳纳米材料如碳纳米管、石墨烯等具有超高的电导率、良好的力学强度及大的比表面积,近年来对它们的研究重点由碳纳米材料自身的性能逐渐扩展到碳纳米材料衍生物及碳基纳米复合材料的构建、性质及应用。碳基纳米材料的传统合成方法主要是化学法和电化学法,但步骤较繁琐、容易引入杂质元素等缺点制约了这些传统方法的进一步发展。作为一种制备与处理纳米材料的全新方法,等离子体技术得到了越来越广泛的关注。利用等离子体技术合成与改性碳基纳米材料的研究方向主要有:(1)通过改进等离子体源,提高其稳定性及工作效率,使其更适合制备和处理碳基纳米材料;(2)通过与不同的异质纳米材料复合,改善碳基纳米材料的物理化学性能;(3)拓展碳基纳米材料在环境保护和其他领域的应用。研究发现,相比于传统合成方法,等离子体技术具有较少引入杂质、产物催化活性较高、反应时间较短等特点。特别是低功率低气压条件下的电感耦合等离子体源,其对碳纳米材料的损伤较小,通过改变等离子体气氛,可以有效地还原或氧化碳纳米材料,这不仅去除了碳纳米材料表面的有害基团,还在其表面引入有益的化学基团,极大地提高材料的水溶性和吸附性能。直流等离子体源在大气压条件下可以稳定放电,通过改变功率和气体流速等参数可以有效控制碳纳米材料的生长方向,得到具有特殊性质的碳纳米柱或石墨烯墙。电子回旋共振等离子源有较好的稳定性,处理时几乎不会引入杂质元素,可以用于制备高精度的电子元器件。采用这些改进后的等离子体源可以将金属或有机物大分子基团负载于碳纳米材料表面,得到的衍生物能够更好地吸附环境污染物。通过等离子体技术能够将高导电率的铂粒子与碳纳米材料复合,并提高铂粒子在碳纳米材料表面的分散,这可以赋予铂粒子抗一氧化碳中毒的特性,可用作高性能燃料电池催化剂。此外,经等离子体改性的碳基纳米材料用于污染物传感器时具有较高的灵敏度和力学强度。本文主要介绍了近些年等离子体技术在碳纳米材料、碳纳米材料衍生物及碳基纳米复合材料的合成与改性方面的研究进展,归纳了经等离子体技术合成或改性的碳基纳米材料在环境保护、燃料电池催化剂、传感器等方面的应用尝试。     

由煤或焦炭制备纳米碳质材料的新进展

评述了以煤为碳源制备富勒烯、纳米碳管、竹节形碳管、铁嵌入的纳米碳棒和由碳包覆的金属纳米粒子等各种纳米材料。认为：等离子体电孤放电法是由煤制备各种纳米碳质材料最常用的方法，随电弧条件及电极性质的不同，所制备的纳米碳质材料可有各种不同形态及结构、由于煤是分子固体而石墨是晶格固体，两种碳源的反应机理有明显不同。在等离子体电弧加热时，煤分解并产生许多具有简单芳烃结构的分子，在纳米碳质材料的形成过程中，这些分子可能作为纳米碳质材料的结构单元，同时原煤中的矿物质在合成过程中也起着重要作用，因此煤本身的性质对纳米材料的制备极为重要。煤是成本低廉且储量最丰富的碳源，将是大规模工业化生产纳米碳质材料最好的碳源之一。     

纳米微粉的制备

纳米材料是指由极细晶粒组成,特征维度尺寸在纳米数量级(约1nm～100nm)的固体材料.大多数纳米晶体块材料的制备技术是由粉体到体材料,因此,纳米微粉的制备是纳米材料研究的重要方向.常用的纳米粉体制备方法有化学法和物理法两种.化学法有沉淀法、乳浊液法、溶胶-凝胶法、控制化学元素法、光化学法、辐射化学、光催化法等;物理方法有机械合金法、物理粉碎法及电弧高频感应、激光、等离子体、超声波等方法.通过这些方法可以制备出各种具有纳米尺寸的金属微粉、氧化物陶瓷微粉和碳化物、氮化物等非氧化物陶瓷微粉.本文主要介绍常用的几种制备纳米微粉的方法.     

电弧法制备碳包覆金属纳米微粒的研究进展

碳包覆金属纳米微粒既可以避免金属纳米微粒的氧化,又能保持其同有性能小变,其潜在科研和应用价值引起了研究者的广泛关注.本文介绍了电弧法制备碳包覆金属纳米微粒的原理,综合评述了碳包覆金属纳米微粒的电弧法制备技术的国内外研究现状,讨论了金属与碳作用后的反应路径,产物类型以及碳包覆金属纳米微粒的形成机理.     

碳包覆NiO纳米颗粒的制备与性能

采用直流电弧放电等离子体技术成功制备了碳包覆NiO(NiO@C)纳米颗粒,并对样品的形貌、晶体结构、粒度、比表面积和孔结构采用高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、X射线能量色散分析谱仪、拉曼散射光谱和N_2吸-脱附等测试手段进行了分析。实验结果表明:直流电弧等离子体技术制备的NiO@C纳米颗粒具有典型的核壳结构,内核为面心立方结构的NiO纳米颗粒,外壳为碳层。颗粒形貌主要为立方体结构,粒度均匀,分散性良好,粒径分布在30~70nm范围,平均粒径为50nm,外壳碳层的厚度为5nm。NiO@C纳米颗粒BET比表面积为28m~2/g,等效直径为46nm,与TEM和XRD测得的结果基本一致。Raman光谱说明样品中碳包覆层的石墨化程度较低,发生了红移现象。     

高纯度碳纳米管批量制备

碳纳米管是近年来被学术界广泛关注的纳米材料,其批量化生产是碳纳米管生业化的关键,通过对纳米颗粒流化行为的分析,提出了纳米聚团流态化概念,并通过纳米金属催化剂制备、催化剂载体的设计及反应条件的优化等,实现了利用纳米聚团床反应器批量生产碳纳米管,其生产能力达15 kg/hr。在这一基础上,利用高温整形、纯化原理,实现了纯度达99.95%以上高纯度碳纳米管的制备。文中对实验纳米材料批量化的一些过程工程问题进行了深入的讨论。     

特定手性单壁碳纳米管的可控生长

单壁碳纳米管具有优异的电学、光学、热学、力学等性能,可能成为未来纳米器件的支撑材料之一。实现碳纳米管的结构可控生长制备依然面临着严峻的挑战。其中手性控制是单壁碳纳米管可控制备的最大挑战,它的实现标志着直径、壁数、手性角及导电属性等的可控制备。以特定手性单壁碳纳米管的可控生长为中心,分别综述了利用化学气相沉积法在粉体生长与表面生长两方面实现手性可控生长的研究进展,并在此基础上总结出基本思路,为实现单一手性碳纳米管的可控制备奠定基础。     

等离子体射流法制备高纯竹节状碳纳米管

以乙醇为碳源，二茂铁为催化剂，氮气为电弧工作气体，利用等离子体射流在常压下制备高纯度竹节状多壁碳纳米管。用TEM和HRTEM等技术对所得产品进行表征。发现在电弧电压140V～150V，电流220A～240A，将二茂铁和乙醇混合溶液（质量比为1：100）以50mL／min速度连续加入反应器，反应120S后，即可批量制备纯度在90％以上的竹节状碳纳米管；这些竹节状碳纳米管的管径尺寸均匀，为20nm左右，长度为数微米，其管壁呈典型的鱼骨状。产品中含有部分分叉结构，呈Y形竹节状碳纳米管。认为竹节状碳纳米管的形成涉及以下几个步骤：乙醇在等离子体射流中裂解产生大量碳活性物种，同时溶解在乙醇中的二茂铁生成催化剂颗粒：碳活性物种在催化剂颗粒上溶解、扩散并从催化剂颗粒上析出堆积成为碳纳米管管壁碳层，由于催化剂颗粒运动与碳层生长速度的差异，最终形成竹节状结构的碳纳米管。