多壁碳納米管的處理及其與氧化硼的相互作用.pdf

1、碳納米管具有接近理想的一維納米空間，而開口的碳納米管中空管腔可做成納米試管、虹吸管、超級吸附劑、催化劑載體和儲能材料以及在中空的碳納米管內(nèi)填充外來物質(zhì)等。本文采用濃硝酸回流的方法和氣相氧化法對多壁碳納米管進(jìn)行提純、開口研究，并利用得到的提純、開口的碳納米管在其中空管內(nèi)填充外來物質(zhì)氧化硼。
　　本文采用濃硝酸回流處理的方法，研究了不同的溫度和不同的處理時(shí)間下，對多壁碳納米管提純、開口過程的影響。分別對碳管處理前后的重量損失情況、開口

2、率、長度變化、損壞狀態(tài)，以及管壁壁厚等的變化和提純狀態(tài)，進(jìn)行了表征。確定了碳管在室溫和120℃時(shí)回流均能除去催化劑顆粒。在120℃回流處理的過程可以分為三個(gè)階段：第一階段碳管的初步提純階段（0～5h），主要特點(diǎn)是碳管重量損失較少，碳管的管壁完整光滑；第二階段碳管的開口階段（10～20h）：特點(diǎn)是碳管重量損失速率較快，碳管的長度明顯縮短，碳管在管壁缺陷處遭氧化被切斷開口，開口率明顯提高，升至60％以上并保持這一量級；第三階段碳管的破壞階段

3、（20～48h）：特點(diǎn)是碳管的重量損失嚴(yán)重，處理后剩余不足50％，碳管的管壁遭破壞嚴(yán)重，開始模糊。第一階段處理后的碳管可以作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，第二階段處理后的碳管可以用來作為填充的材料，第三階段碳管被破壞嚴(yán)重。
　　氣相氧化法提純多壁碳納米管，分別采用了空氣和二氧化碳兩種氣氛來進(jìn)行。通過此研究，可以確定原始碳管的組成包含兩類氧化性質(zhì)不同的碳物質(zhì)：非晶碳和結(jié)構(gòu)不完整的碎短的碳管這一類易于氧化的物質(zhì)；石墨顆粒和結(jié)果完整的碳管這一類難

4、于氧化的物質(zhì)。通過氣相氧化法可以得出回流處理對多壁碳管結(jié)構(gòu)的影響：回流處理一方面除去易于氧化的碳雜質(zhì)，促使碳管的穩(wěn)定性提高；另一方面，對碳管的管壁造成刻蝕，在表面形成缺陷，降低碳管的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，在回流處理的前兩個(gè)階段，前者的起主要作用，在第三個(gè)階段后者起主要作用。
　　本文利用回流處理得到的提純、開口碳管，在其管內(nèi)填充氧化硼進(jìn)行了四種工藝的探索。分別是原始態(tài)碳管和氧化硼粉末在真空中600℃保溫填充；原始態(tài)碳管與氧化硼粉末在空

5、氣中530℃保溫填充；回流處理過碳管與氧化硼粉末濕混或干混后，在真空中600℃保溫填充；回流處理過碳管與氧化硼濕混粉末在氬氣保護(hù)氣氛下460℃保溫填充。在前兩種的工藝填充時(shí)，由于碳管的開口率不高，并且在碳管的內(nèi)腔內(nèi)存在很多的小的腔室等眾多因素，對填充有很大的阻礙作用，影響了填充的進(jìn)行；在后兩種工藝填充時(shí)，可以觀察到或者在碳管的外壁包裹物質(zhì)，或者在管內(nèi)有外來物質(zhì)的存在，應(yīng)該為外來物質(zhì)在毛細(xì)作用力下被吸附進(jìn)入碳管的內(nèi)部，或者包裹在外表面；由