热等离子体裂解低碳烃制备石墨烯研究进展

石墨烯是一种新型二维碳纳米材料,因其特殊的二维结构而具有卓越的力学、电学、光学、热力学等性质,在储能、电子、环境等方面具有广阔的应用前景。然而,现有的制备方法还难以实现高品质石墨烯的低成本、大规模的制备,阻碍了石墨烯的产业化广泛应用。文章综述了近年来石墨烯的各种制备方法,介绍了不同制备方法的特点,重点介绍了热等离子体法裂解低碳烃制备石墨烯的研究进展,主要包括射频热等离子体法和直流电弧放电热等离子体法,并对该领域存在的问题和发展方向进行了总结和展望。

甲烷等离子体法制氢气和碳材料研究进展

传统甲烷制氢技术会伴随大量的二氧化碳排放,甲烷等离子体法裂解技术将甲烷中的碳元素直接转化为固体碳材料,过程无二氧化碳排放,并有效提高了甲烷的利用价值。通过文献调研方式回顾和分析了甲烷等离子体法裂解技术在国内外的发展现状。研究结果表明:(1)甲烷等离子体法裂解中等离子体的类别主要分为热等离子体和冷等离子体,冷等离子体中主要的活性粒子是高能电子,热等离子体中的活性物质为高能电子和重粒子;(2)冷等离子体的产生方式主要有电晕放电、介质阻挡放电、滑动电弧放电等,所需功率较低;热等离子体的产生方式主要为直流电弧放电、直流-射频耦合放电,所需功率较高;(3)甲烷在等离子体中的转化率和氢气的产率与工作气体类别、工作气体与甲烷物质的量比、气体电解功率大小、电极构型、反应腔体结构等工艺参数都有直接关系;(4)通过调整工艺参数和电极结构设计,甲烷在等离子体中可裂解生成如炭黑、碳纳米管、石墨烯纳米薄片等不同形貌的固体碳材料,产品多样。结论认为,甲烷等离子体法裂解技术不仅可以降低温室气体排放,还是甲烷高附加值利用的一个重要方向;提高甲烷等离子体法制氢的能量利用效率和生成碳材料的选择性是该技术的发展方向。

基于MMC主动电压式的HVDC输电线路暂态故障测距方法

针对模块化多电平柔性高压直流(MMC-HVDC)输电线路的两种不同故障类型提出了一种基于MMC主动电压式的暂态法故障测距方法,该方法利用MMC模块的可控性技术,使两侧MMC在不影响线路正常运行并易于检测的条件下产生主动性电压,对其放电的暂态过程进行分析,通过将两种故障类型的输电线路进行简化,求解二阶暂态方程,得到故障距离。随机选取录波数据点,利用所推导出的两种故障类型的测距表达式进行计算。结论表明单极接地短路故障测距的误差率基本可稳定控制在1.5%以内,而双极短路故障测距在故障点接近线路中段时的误差率可控制在2%以内,验证了该仿真系统的准确性。

g-C_(3)N_(4)材料的可控制备及电化学性能研究

使用高温煅烧法,以三聚氰胺和尿素分别作为原材料,在箱式电阻炉中经过不同温度的煅烧后,得到石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4)).使用X-射线衍射(XRD)法、扫描电子镜(SEM)法表征所制备材料的微观结构和形貌特征.然后将样品做成电极极片,利用电化学工作站,经循环伏安(CV)法、恒流充放电(GCD)法检测电极的电化学性能,研究制备原料、煅烧温度对样品的结构、形貌及样品做成电极材料的电化学性能的影响.经分析XRD和SEM图样得出:尿素制得的样品形貌结构不好,形状像棉絮一样;而三聚氰胺在550℃下制得的样品表现出清晰的片层状结构,且层间有大量孔隙,比表面积大,这样对较大的比电容有很大好处,有益于g-C_(3)N_(4)电极材料在蓄能方向的应用.CV曲线和GCD曲线可以看出:用三聚氰胺在550℃下煅烧制备的g-C_(3)N_(4)所组成的电极材料的电容性和充放电性能良好.

纳米碳管制备的研究

采用直流电弧法和催化热分解法制备出了纳米碳管，并对这两种方法的工艺进行了初步的探讨，获得了工艺流程和工艺参数。通过实验表明催化热分解法比直流电弧法长出的纳米碳管质量好，产率高，较适于工业化生产。

W-30Cu电接触材料直流电接触行为

采用水热-共还原法制备W-30Cu(质量分数,%)纳米复合粉末,并通过冷压制坯、真空烧结和包覆热挤压的工艺制备出纳米W-30Cu电接触材料,经挤压后致密度达到98.82%,硬度和导电率分别为224HB和44%IACS。利用JF04C型电接触试验机对其进行不同操作次数的电接触性能测试实验,利用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)等方法分析电弧侵蚀后触头表面微观形貌和元素分布,探讨材料在直流电弧下的转移机理。结果表明:直流电弧引起阳极材料转移,Cu相向阴极转移并在阴极沉积;材料转移引起富Cu区和富W区的存在,同时产生孔洞、裂纹、珊瑚状结构等多种电弧侵蚀形貌。接触电阻介于0.60~0.73 m?,W-30Cu电接触材料表现出良好的综合电性能。

电弧放电法制备大面积高纯单壁碳纳米管薄膜

介绍了一种制备大面积高纯度单壁碳纳米管(SWCNT)薄膜的新方法. 利用改进的电弧放电法, 在真空放电室内分别安装两枚石墨极板, 使之形成一个球冠型电容器. 使用这种新型装置, 可以在两枚球冠型石墨极板之间产生一个合适的附加电场和成膜基板, 通过控制放电时间, 可在阴极的球冠型石墨极板上制备出厚度从数微米至 1 毫米不等的 SWCNT 薄膜.场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱和热重分析(TGA)的表征结果表明, 这个方法可以高效地制备具有高纯度的 SWCNT 薄膜.

氩氧控制气氛下直流电弧放电中氟化反应

本文以前文为基础测定了不同氟化剂存在下杂质元素的蒸发率,计算了弧温、电子密度以及杂质元素的电离度,研究了影响元素谱线强度的诸因素,用晶体X射线衍射分析了电极反应残留物,提出了氟化反应的机理,并通过热力学计算予以说明。 1实验部分 1.1 仪器及主要工作条件 HILGER WATTS大型棱镜摄谱仪,直流电弧光源。

直流辉光放电发射光谱共线法测定钢铁中硼含量

应用直流辉光放电发射光谱仪,实现生铁、铸铁、不锈钢、中低合金钢材料中硼含量的共线法测定。实验选择磨床进行试样制备,采用单因素轮换法优化激发参数。以铁元素为基体元素来消除不同材质的基体效应,并进行钼元素的光谱干扰校正。实验优化分析参数为放电电压1 200V,放电电流50mA,预溅射时间50s,积分时间10s,钼元素光谱干扰校正系数为-0.007 9。硼含量分析范围0.000 6%～0.080%,测量结果与认定值一致,相对标准偏差不大于3%。

稀土氮化物ScN、YN微晶的制备与表征

利用直流电弧等离子体方法制备出稀土氮化物ScN、YN微晶,这是一种快速、低成本、高产量的新方法,可用来制备稀土金属氮化物。结构物性表征和能谱成分分析结果表明,所制备的ScN晶体为满足化学计量比的单晶,而YN晶体为非化学计量比的多晶,其中Y的含量高于N。综合XRD、EDS、HRTEM和PL结果分析表明,YN晶体主要由大量随机取向的单晶颗粒组成,单晶颗粒间分布着一些非晶的金属Y,光谱结果分析表明YN中存在大量的N空位。此外,对样品的微观结构形成机理进行了系统分析,由于Y族金属氮化物中有限组分较高的解离压力以及产物在生长过程中经历较高的淬火速率(103 K/s),导致YN解离而形成的Y金属团簇的无序排列,进而使其在冷却过程中形成了非晶结构。

纳米铜粉与碳包覆铜纳米粉的分散性能比较

采用直流碳弧法制备平均粒径为25 nm的碳包覆铜纳米粉,应用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等分析手段对所制备的纳米颗粒物相、形貌等进行表征。采用超声波分散法对所制备的碳包覆铜纳米粉和市售的纳米铜粉进行分散,并通过分光光度法和沉降实验对两者的分散性能进行比较。结果表明:铜纳米颗粒具有很高的表面自由能,容易被氧化,在水性液相介质中分散时容易产生氢氧化铜絮状沉淀。碳包覆铜纳米颗粒表面有碳层的保护,且密度小、表面吸附性能好,分散性能明显优于铜纳米颗粒。

直接氮化法制备单晶AlN纳米线

采用直流电弧放电装置,通过金属铝和氮气直接反应,在钼阴极上沉积出大量的AlN纳米线。利用XRD、SEM、TEM和拉曼(Raman)光谱对所制样品的结构、形貌和光学特性进行了表征。结果表明:大部分AlN纳米线沿着[001]方向生长,平均直径为45nm,长度5μm左右;Raman光谱的峰值与单晶体材料AlN的结果一致,说明AlN纳米线结晶质量较好。

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。

超临界CO_2流体中的直流放电特性

为了解超临界状态下二氧化碳的直流放电特性,采用间距为200μm的点板形电极(其点电极尖端的曲率半径为35μm),实验研究了二氧化碳从气态、液态到超临界状态下的直流放电行为。研究表明二氧化碳在直流电场下的击穿特性随着温度和压力的变化而变化,在不同形态下击穿电压的增长速率是不一样的。由于液态中存在气泡触发效应,所以它的击穿过程与气体状态比较类似,而在超临界状态中击穿电压的增长速率较低,可能与超临界状态下的奇异特性相关。

以炭黑为碳源电弧放电法制备碳纳米管

以色素炭黑为碳源,Fe及其氧化物分别为催化剂,经由电弧放电法制备碳纳米管。考察了催化剂种类及含量对碳纳米管生成的影响,实验结果采用SEM、TEM、TG等对产物进行表征。结果表明,以炭黑为碳源电弧放电法制备碳纳米管是可行的,且与以往的以石墨为碳源相比,该反应在常压下就可以得到较好的效果;经过表征,发现产物中碳纳米管的产量较高,但是在碳纳米管的管壁上发现较多的小颗粒。同时对炭黑为碳源生长碳纳米管的机理进行了初步探讨。

一种新型太阳能集热器循环工质的制备

采用直流碳弧法制备了平均粒径为25 nm的碳包铜纳米颗粒,该颗粒适合用作直接吸收式太阳能集热器的循环工质——碳包铜纳米流体。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等分析手段,对所制备的纳米颗粒的成分、形貌等进行了表征。采用球磨分散法对碳包铜纳米颗粒进行了分散,制得了碳包铜纳米流体。通过分光光度法和沉降法研究了分散剂含量、球磨时间以及球磨转速等因素对碳包铜纳米流体分散性能的影响,对其分散机理进行了初步探讨。研究结果表明:当阿拉伯树胶的质量分数为0.1%、球磨时间为2 h、球磨转速为250 r/min时,碳包铜纳米流体的分散效果最佳。

石墨直流电弧法制备碳纳米管

采用石墨电弧法制备碳纳米管，研究了不同电流、电压、氦气压力以及不同阴阳极棒径条件下碳纳米管的生成情况，并讨论了氧气和水蒸气的存在对碳纳米管制备的影响，总结出制备碳纳米管的条件，给以后的纯化工作带来方便图２，表２。

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。

石墨含量对MgO－C材料导电率的影响

通过分析研究直流电炉炉底用ＭｇＯ－Ｃ材料的导电率后发现：１）石墨含量小于５％的ＭｇＯ－Ｃ村料在常温下是不导电的；２）ＭｇＯ－Ｃ材料的导电率随着石墨含量的增加而增加；３）ＭｇＯ－Ｃ材料导电率的方向性很强；４）ＭｇＯ－Ｃ材料中所加入的炭的结构和结合剂的性质也影响了ＭｇＯ－Ｃ材料的导电率。

合成陨硫铁表面的炭丝和炭球

采用电弧放电蒸发和沉淀技术，使用石墨和黄铁矿为原料，在合成的陨硫铁球粒表面发现有空心球体和丝状物质。经ＳＥＭ、ＴＥＭ和ＥＤＸ的研究，证实它们是纳米级的炭球和炭丝。讨论了用电弧放电法合成陨硫铁过程中，天然矿物黄铁矿对炭丝。