激光加工制備新型碳納米材料初步研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、新型碳納米材料因其特有的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的性能,在現(xiàn)代高科技領(lǐng)域具有廣闊的應用前景,利用低廉的碳材料制備新型碳納米材料一直是人們追逐的目標。與傳統(tǒng)制各方法相比,激光因具有高壓、高能、超快等特點,在常溫常壓下很容易實現(xiàn)碳材料相變所需的高溫高壓條件。本文以傳統(tǒng)碳材料(石墨)為研究對象,采用不同的實驗方法,對激光加工制備新型碳納米材料(超細納米金剛石、石墨烯、碳納米角)進行了初步研究,討論了不同實驗條件下新型碳納米材料的形成機理。論文研究的主要結(jié)

2、論如下:
  (1)以大粒徑(30μm)鱗片石墨顆粒為原料,在液相中,利用高功率脈沖激光沖擊循環(huán)在水介質(zhì)中的石墨顆粒懸浮液,合成了超細納米金剛石。并從物理學、熱力學以及動力學方面分析了其形成條件。研究結(jié)果表明:激光沖擊過程中產(chǎn)生的高溫、高壓、高密度碳等離子體為金剛石的形成提供了熱力學條件;熱力學方面,在等離子體的溫度和壓力范圍內(nèi),金剛石的平衡尺寸、臨界形核半徑以及形核能都比較小,有利于超細納米金剛石的形成;動力學方面,在液相中,高

3、功率納秒激光能夠形成大的過冷度,有利于提高晶核生長速度,但是晶核生長時間極短,限制了金剛石的進一步長大;納米金剛石的形成包括形核和長大,是一個由固體—氣體—液體—固體的轉(zhuǎn)變過程。
  (2)在同樣的實驗條件下,以小粒徑(5μm)鱗片石墨顆粒為原料,研究了石墨原料對實驗結(jié)果的影響,制備出了新型石墨烯片層結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明:石墨烯的形成過程經(jīng)歷了蒸發(fā)、凝聚和沉積的過程,蒸發(fā)出的碳原子在相互碰撞過程中,在原子力作用下相互連接,首先形成離

4、散的石墨烯形核區(qū),在隨后的冷卻過程中,長大形成石墨烯層狀結(jié)構(gòu),并沉積成多層石墨烯;石墨粒徑大小對激光加工制備碳納米材料有很大影響。對于高功率脈沖激光,粒徑較大的石墨顆粒有利于納米金剛石的生成,而粒徑較小的石墨顆粒容易被擊穿,形成高溫、高壓、高密度的碳等離子體的產(chǎn)率很低,不利于高壓相產(chǎn)生。
  (3)以微晶石墨固體靶材為原料,在氣相中,利用高功率CO2連續(xù)激光燒蝕Ar氣中的石墨靶材,制備出了dahlia型碳納米角,并對兩種不同激光輸

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