激光加工制備新型碳納米材料初步研究.pdf

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(yīng)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(biāo)。與傳統(tǒng)制各方法相比，激光因具有高壓、高能、超快等特點(diǎn)，在常溫常壓下很容易實(shí)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(duì)象，采用不同的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)激光加工制備新型碳納米材料（超細(xì)納米金剛石、石墨烯、碳納米角）進(jìn)行了初步研究，討論了不同實(shí)驗(yàn)條件下新型碳納米材料的形成機(jī)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(xì)納米金剛石。并從物理學(xué)、熱力學(xué)以及動(dòng)力學(xué)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(xué)條件;熱力學(xué)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(xì)納米金剛石的形成;動(dòng)力學(xué)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(zhǎng)速度，但是晶核生長(zhǎng)時(shí)間極短，限制了金剛石的進(jìn)一步長(zhǎng)大;納米金剛石的形成包括形核和長(zhǎng)大，是一個(gè)由固體—?dú)怏w—液體—固體的轉(zhuǎn)變過程。
　　(2)在同樣的實(shí)驗(yàn)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(duì)實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(duì)激光加工制備碳納米材料有很大影響。對(duì)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(duì)兩種不同激光輸