一維碳納米材料及其復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備與表征.pdf

1、以碳納米管為代表的一維納米材料是目前研究最為廣泛的一類新型功能材料，其可控合成是當(dāng)今納米材料研究領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)之一。如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎、形貌獨(dú)特的一維納米材料，并在制備過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)維度、物質(zhì)組成的準(zhǔn)確控制，進(jìn)而對(duì)其本征性能進(jìn)行調(diào)變對(duì)于深入理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)聯(lián)、人工設(shè)計(jì)合成新型功能材料具有重要意義。本文就碳納米管及由其衍生的一維碳．金屬(或其化合物)復(fù)合納米材料的結(jié)構(gòu)選擇制備進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要研究結(jié)果如下： 以煤為碳源

2、前軀體，在電弧等離子體條件下實(shí)現(xiàn)了碳納米管的結(jié)構(gòu)選擇制備。通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)條件如催化劑種類、緩沖氣氛種類及壓力等可以得到形態(tài)結(jié)構(gòu)各異的碳納米管如雙壁碳納米管、多壁碳納米管、分枝碳納米管等。在惰性氣氛中，以活性較高的鐵作為催化劑時(shí)可以制備雙壁碳納米管，其管徑分布在1-5 nm左右，管壁間距恒定(約0.41nm)，在范德華力作用下可以定向集結(jié)形成長(zhǎng)達(dá)20 cm的宏觀繩狀沉積物；而以傳統(tǒng)意義上對(duì)碳材料生長(zhǎng)催化活性極弱的銅作為催化劑時(shí)則可實(shí)現(xiàn)多壁碳

3、納米管及分枝碳納米管的大量合成，其中分枝碳納米管的純度經(jīng)優(yōu)化后可達(dá)90％以上。 以碳納米管作為形態(tài)模板，通過(guò)電弧等離子體原位填充技術(shù)制備了外殼為碳納米管、內(nèi)芯為一維銅或稀土氟化物納米線的“納米電纜”復(fù)合結(jié)構(gòu)(Cu/LnF<,3>@CNT納米電纜)。在碳納米管內(nèi)腔中合成了長(zhǎng)達(dá)十余微米、直徑分布均一的超長(zhǎng)銅、稀土氟化物晶體納米線并對(duì)其在碳納米管限域內(nèi)腔中的晶體生長(zhǎng)行為進(jìn)行了探討；研究表明：碳納米管的緊密包覆可以嚴(yán)格限制物質(zhì)晶體的外延

4、生長(zhǎng)，從而強(qiáng)制其以理想各向異性方式生長(zhǎng)形成長(zhǎng)程結(jié)構(gòu)連續(xù)的一維納米線，在此過(guò)程中，晶體納米線可以沿高能晶面或低能晶面方向取向，生長(zhǎng)模式較為多樣。在納米電纜結(jié)構(gòu)制備的基礎(chǔ)上，通過(guò)熱氧化反應(yīng)除去碳納米管殼層，可以在不損傷晶體納米線形態(tài)及結(jié)構(gòu)的前提下實(shí)現(xiàn)由稀土氟化物@碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)向純凈稀土氟化物納米線的轉(zhuǎn)化。 利用水熱法，在溫和條件下原位制備了Cu@C納米電纜復(fù)合結(jié)構(gòu)。此類納米電纜結(jié)構(gòu)的外殼為厚度均一(20-30 nm)的無(wú)定形炭層