碳納米材料的低溫合成、表征及機(jī)理研究.pdf

1、納米材料的性質(zhì)和應(yīng)用價(jià)值最終取決于材料本質(zhì)特性，即材料的形狀與物相(晶體學(xué)特征)，而材料的形狀和物相又決定于材料的制備。因此制備工藝和方法對所制備出的納米材料的結(jié)構(gòu)和性能具有很大的影響。本文旨在探索新型納米材料的化學(xué)合成制備方法，尤其是碳納米材料的制備方法。本論文建立了格氏試劑法制備碳納米管，空心球和納米纖維,并且較為深入地探討了各種反應(yīng)條件下,選擇合適的溶劑以及控制反應(yīng)的溫度來對產(chǎn)物的形貌進(jìn)行有效的控制。其中制得的碳納米管為爪子型，迄

2、今尚未有文獻(xiàn)報(bào)道；運(yùn)用溶劑熱反應(yīng)嘗試在溫和的條件下，用鈉和具有“塑料王”之稱的聚四氟乙烯進(jìn)行反應(yīng)，成功地得到了碳納米球；此外，在溫和條件下成功地制備了一維Tl2E（E=S、Se）納米棒，可避免這一類劇毒化合物在常規(guī)制備中對人體的危害，這一工作得到了國外同行專家的好評。論文具體內(nèi)容歸納如下：
　　1.采用格氏試劑法，在溫度200℃，反應(yīng)時(shí)間12個(gè)小時(shí)下，以六氯乙烷為原料，苯為溶劑，鋁作還原劑，無水氯化鋁為路易斯酸。首次制備了的爪子狀

3、碳納米管。并采用XRD,TEM,HRTEM,Raman等手段對產(chǎn)物進(jìn)行了表征。得到的產(chǎn)物中不存在其它雜質(zhì)，但是產(chǎn)率不高，發(fā)現(xiàn)該納米管存在許多缺陷。但這種獨(dú)特的形貌可能在隧道掃描顯微鏡、場發(fā)射的針尖、納米鑷子方面有潛在的應(yīng)用。
　　2.在溫度200℃，反應(yīng)時(shí)間12個(gè)小時(shí)下，以苯為溶劑，嘗試用較弱的還原劑鎂，路易斯酸無水氯化鋁和六氯乙烷，首次采用格氏試劑法，制備了碳納米空心球。該法反應(yīng)溫度相對較低，而且產(chǎn)物中不存在其它雜質(zhì)。并用等多種

4、手段對產(chǎn)物進(jìn)行了表征。發(fā)現(xiàn)該種方法制備得到的納米空心球，大小均勻，產(chǎn)率較高，但是結(jié)晶度不是很好，可能與反應(yīng)的溫度偏低有關(guān)。當(dāng)我們升高反應(yīng)溫度，得到的是不規(guī)則的納米空心球和少量短的碳納米管；如果降低溫度，只能得到一片片的石墨層。最后，我們通過大量的對比實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)地探討了反應(yīng)機(jī)理和生長機(jī)理。當(dāng)將溶劑苯換為乙二胺時(shí)，其它任何條件不變，發(fā)現(xiàn)得到的是碳納米纖維。表明了在不同溶劑下，得到的產(chǎn)物不同。說明采用本方法對納米材料的物相和形狀控制合成，對制

5、備其它碳納米材料都提供了一條新的路徑。
　　3.在上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，我們運(yùn)用溶劑熱反應(yīng)，采用苯為溶劑，以強(qiáng)的還原劑鈉做為原料，在溫度250℃，和粉末狀的聚四氟乙烯進(jìn)行反應(yīng)24小時(shí)，使惰性極高具有“塑料王”之稱的聚四氟乙烯被腐蝕。最終得到的產(chǎn)物是很多由纖維組成的碳納米球。并用XRD,TEM,HRTEM,Raman等手段對產(chǎn)物進(jìn)行了表征。
　　4.在以乙二胺為溶劑的溶劑熱體系中，150℃、12個(gè)小時(shí)的條件下我們成功地合成出Tl