直流碳弧等离子体法制备碳包覆铁纳米颗粒研究

在惰性保护气氛下,采用直流碳弧等离子体法成功制备了碳包覆铁纳米颗粒,并利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和相应选区电子衍射(ED)等测试手段,对样品的化学成分、形貌、物相结构、粒度等特征进行表征分析。实验结果表明:直流碳弧等离子体技术制备的碳包覆纳米金属颗粒具有明显的核-壳结构,内核金属结晶度较高,外壳碳为类石墨层结构,颗粒大多呈球形和椭球形,粒径分布在20 nm^60 nm范围,平均粒径为44 nm。

直流电弧等离子体甲烷二氧化碳重整反应

采用一种简单结构的直流电弧反应器,在无催化剂存在的条件下,高效率地实现了毫秒级甲烷二氧化碳的重整反应,产物选择性好,并且在反应过程中几乎没有积炭生成。在恒定输入功率(170W)的条件下考察了气体总流量和二氧化碳/甲烷摩尔比对反应结果的影响。提高反应气体的输入能量密度可以提高甲烷和二氧化碳的转化率,并且能够有效地抑制副产物的生成。当二氧化碳/甲烷摩尔比为1时,二氧化碳转化率为89.8%,甲烷转化率为96.3%,氢气和一氧化碳的选择性分别为99.6%和99.3%。二氧化碳过量可显著促进甲烷的转化以及同时获得合成气的高选择性。采用比能耗对该过程的能量利用效率进行了分析,以期指导反应条件优化以提高过程的能量利用效率。

新疆煤基碳纳米管的调控制备

以新疆产煤为碳源,采用直流电弧放电法制备了不同管径的碳纳米管。利用场发射扫描电子显微镜、高倍透射电子显微镜、激光显微共聚焦拉曼光谱仪等对产物进行了表征。研究结果表明:在新疆大黄山、黑山和库车煤田的产煤中,库车产煤是用直流电弧放电法制备碳纳米管的最优碳源。以此为原料,镍粉和硫化亚铁混合物为催化剂,Ar气氛下可得到直径约为500 nm的竹节状碳纳米管,其缺陷密度比相同条件下N2和He气氛所得碳纳米管的缺陷密度小,并探讨了Ar气氛下煤基竹节状碳纳米管的生长机理。

直流碳弧法合成碳包铁纳米粒子的研究

用直流碳弧法制备碳包铁纳米粒子,通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等分析手段对粒子的成分、形貌等进行表征；在氮气气氛中对粒子进行退火处理,对其形成机理进行了初步的探讨。结果表明：制备的粒子中含有α-Fe相和石墨相,没有铁的氧化物,纳米粒子的尺寸大小在5～50nm范围。铁粒子在碳层的保护下有很好的抗氧化能力。

电弧放电法制备煤基炭纳米纤维及开口竹节状碳纳米管

以中国白杨树无烟煤为原料,添加一定量煤焦油和沥青黏结剂制成炭棒作为阳极,采用直流电弧法制备竹节状碳纳米管及炭纳米纤维。用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量散射谱(EDS)和X射线衍射(XRD)等技术对产物进行表征。结果表明:在较低氦气压力下(0.020M Pa),采用不添加任何催化剂的无烟煤基炭棒进行电弧放电,在剩余阳极上制备得到竹节状碳纳米管和炭纳米纤维。所得竹节状碳纳米管多为开口状,直径在50nm左右;炭纳米纤维宏观上成绒毛球形,纤维的直径在30nm^50nm之间。

矿物在合成纳米炭管中的催化作用

采用了电弧放电方法合成纳米炭管，在使用Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ等金属元素作催化剂的基础上，探索天然矿物－黄铁矿（ＦｅＳ２）、磁黄铁矿（Ｆｅ１－ｘＳ）、方铅矿（ＰｂＳ）、磁铁矿（ＦｅＦｅ２Ｏ４）、刚玉（Ａｌ２Ｏ３）及合成ＦｅＣｌ３、ＮａＣｌ、ＫＣｌ等化合物作催化剂合成纳米炭管的途径，讨论其催化机理。实验说明：用矿物（化合物）作催化剂合成纳米炭管是可行的，并有应用潜力，其催化效果与电子层结构、化合物键性类型、晶体缺陷等密切相关。就催化效果而言，总体上表现出过渡金属元素催化效果优于非过渡金属元素，晶体结构中共价键程度高的化合物（含金属键或改性的共价键的化合物）催化效果好于离子键程度高的化合物。

硼离子掺杂类金刚石薄膜及 C（B）／n-Si 异质结光伏特性

采用直流弧光放电等离子ＰＣＶＤ法，沉积获得硼掺杂类金刚石薄膜，该材料ｐ型半导体，电阻率５—１０Ωｃｍ。俄歇（Ａｕｇｅｒ）电子能谱测试表明，硼离子含量为０．８％，由扫描电镜（ＳＥＭ）和激光喇曼（Ｒａｍａｎ）谱分析可知，薄膜以非晶为主，观察到许多线径为０．５—１．０μｍ的金刚石结晶微粒。制备成Ａｕ／Ｃ（Ｂ）／ｎ－Ｓｉ异质结，其开路电压Ｖｏｃ＝５８０ｍＶ，短路电流密度为６５０μＡｃｍ－２，获得暗Ｉ－Ｖ整流特性和光照Ｉ－Ｖ工作曲线。

两种不同制备方法的多壁碳纳米管光学性质的对比

分别采用化学气相沉积法和电弧放电法制备了多壁碳纳米管.利用扫描电镜测量了两种不同方法所制备样品的形貌,并在室温下测量了这两种样品的喇曼光谱、吸收光谱和光致发光光谱.结果显示:电弧法所制的纳米管管径较小,且纳米管相互缠绕明显;两种样品的喇曼光谱中均存在D模和G模,但化学气相沉积法制备的碳管的结构更完美,石墨化程度和碳管纯度更高;两种样品都在250nm处有一个强的吸收峰,当采用共振激发时,两种样品均在480nm处有带状发射光谱,而用550nm的光激发时,化学气相沉积法制备的多壁碳纳米管在820nm处具有光致发光,电弧法制备的样品在此波段则无光致发光.

碳剥离膜寿命的研究

碳剥离膜用交流电弧法或者直流电弧法来制备,也可用交直流电弧来做多层膜。对不同制备方法和结构的碳剥离膜寿命进行了测量,所测膜的厚度为19μg/cm2。对影响膜寿命的一些因素进行了讨论,尤其是制备方法和碳膜结构。测量结果表明用直流电弧所做的碳膜寿命比交流电弧所做的长。

电弧放电制备氮和金属元素掺杂的碳纳米颗粒

在进气口氮气为800℃条件下,采用直流电弧放电方法制备了具有特殊结构的掺杂氮和金属元素的碳纳米颗粒(CNPs)。高分辨透射电镜(HRTEM)表征结果显示,此种CNPs中有许多弯弯曲曲的空隙或孔道,整体犹如缠绕的线团。实验发现这种CNPs在乙醇、丙酮以及蒸馏水中均可以形成稳定的悬浮液(浓度小于0.5wt%);在蒸馏水中形成的悬浮液的电导率随温度升高而增加的趋势明显增强。

碳剥离膜结构的研究

碳剥离膜可用交流电弧法或直流电弧法来制备,也可用交直流电弧来做多层膜。不同制备方法的碳剥离膜有不同的寿命,表明不同制备方法的碳膜有着不同的微观结构。本文对不同制备方法的碳剥离膜的微观结构做了SEM/TEM照片测试,分析了碳剥离膜结构对碳剥离膜寿命的影响。

直流电弧等离子体喷射制备碳纤维及其结构的研究

采用直流电弧等离子体喷射的方法制备碳纤维，用甲烷作为碳源。所制备的碳纤维呈现象牙棒状，顺着等离子体炬的方向生长。同时报导了一些新结构。

直流电弧喷射等离子体炬阳极喷嘴积碳现象的研究

采用高功率直流电弧等离子体喷射化学气相沉积工艺,制备了不同厚度的自支称金刚石厚膜。实验发现,等离子体炬阳极喷嘴积碳是沉积过程中最突出的问题之一。从理论和实验两个方面研究了阳极积碳产生的原因,并通过激光拉曼光谱分析了碳球的结构和成分。结果表明,碳球由金刚石层、混合层和最外面的石墨层构成。详细分析了甲烷浓度、冷却水温度、放电电弧的局部高温、阳极喷嘴的表面质量对积碳形成的影响,并提出了改进措施。

直流电弧等离子体喷射法制备氮化碳薄膜研究

以H2、N2和CF4气体为前驱体,用直流电弧等离子体喷射设备在不同基底温度条件下于钼/金刚石过渡层基底上制备了氮化碳薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对表面形貌和组织成分进行了表征。结果表明,当基底温度为900℃时,所沉积材料已初具晶型;所沉积材料含有α-C3N4和β-C3N4相成分。同时,提出在金刚石表面制备氮化碳时金刚石相刻蚀和氮化碳相生长同时进行的模型,较好地解释了不同基底温度条件下的膜材料沉积现象。

氦气压力对碳纳米管形成的影响

用热重分析（TGA）和差热分析（DTA）研究直流碳弧法中氦气压力对阴极沉积物一含纳米管碳灰中碳纳米管形成的影响、并与C60／70和石墨的DTA曲线比较．结果表明：在研究范围内，氦压越高，碳纳米管与碳纳米粒子的比率越高．可用控制氦气压力调整碳纳米管与碳纳米粒子的比例．

直流电弧放电法制备具有复合壳层的碳包覆铁纳米颗粒

采用直流电弧放电法制备了具有复合壳层和较好核-壳结构的碳包覆铁纳米颗粒(CEINPs)。高分辨透射电镜、能量色散X-射线及其线扫描、X-射线粉末衍射、X-射线光电子能谱的表征结果表明,CEINPs的壳层主要由最里面的非石墨层、中间的不完整石墨层和最外面的无定形碳结构组成,包含了C、Fe、O 3种元素;CEINPs的平均直径为17.4nm。热分析测量结果表明,CEINPs在空气中的稳定温度达到了260℃;产物B中的Fe含量为79.5%(质量分数),饱和磁化强度和矫顽力分别为109.3emu·g-1和167Oe。对复合壳层的形成机理进行了简单的讨论。

直流电弧炉用镁碳质耐火材料的研究

直流电弧炉有利于提高钢质量和减少闪变(电网干扰),故它的应用正在推广,与交流电弧炉相比,它的电极安装在炉子底部。电极的寿命和安全很重要。本文阐述了直流电弧炉用镁碳质耐火材料的研究及发展。