二茂铁质量对气相爆轰法合成碳纳米管的影响

以甲烷和氧气作为爆源,二茂铁为前驱体,探究了不同前驱体质量对所合成的碳纳米管的影响。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段对碳纳米管的形貌和结构进行表征,结果发现:当二茂铁量较少时,只有碳包覆铁纳米颗粒存在;随着二茂铁质量的增加,逐渐有碳纳米管生成,其管径大多分布在10~50nm之间,为多壁碳纳米短管。随着前驱体质量的增加,碳纳米管的石墨化程度提高,结构缺陷也变少。通过对合成产物的热重分析可得,气相爆轰法所制备的碳纳米管具有强烈吸氧性,所得样品中碳纳米管的质量分数为26%左右。

气相爆轰法合成含铁多壁碳纳米管

以甲烷和氧气为前驱体,二茂铁为催化剂,采用气相爆轰法在密闭反应管中合成多壁碳纳米管。运用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜、Raman光谱等手段对多壁碳纳米管进行形貌表征和物相、成分分析。结果表明:所制备的多壁碳纳米管呈弯曲缠绕状,管径分布在20~50nm,长度达数微米,具有优异的管状结构,并且石墨化程度较高;碳纳米管中除含碳元素外,还包含少量纳米铁颗粒,且产物中含有少量碳化铁。XRD分析表明,爆轰反应发生后催化剂被分解、还原为金属单质。根据实验结果和理论分析,提出了气相爆轰法合成碳纳米管的机理。

气相爆轰法合成超细碳包铁纳米颗粒

以气化五羰基铁为铁源,采用乙炔为可燃气氛,用气相爆轰法成功合成了超细碳包铁纳米颗粒。利用TEM和XRD对合成产物进行分析表明,爆轰产物是由碳壳层、α-Fe和γ-Fe组成的球状包覆型结构,产物分散性好,颗粒大小均匀、形态规则的球形超细纳米碳包铁颗粒,铁核的平均粒径为4.5 nm; Raman光谱分析也证实该纳米粒子表面由为石墨和无定型碳构成包覆。进一步将该纳米碳包铁颗粒在低真空温度673 K下进行热处理发现,铁核颗粒尺寸略有长大,XRD谱线上γ-Fe相消失,转化为α-Fe相,热处理后磁饱和强度提高1倍以上。

气相爆轰合成碳包铁的影响因素

研究了氢氧摩尔比例与二茂铁质量对制备碳包覆铁纳米颗粒的影响。通过氢气与氧气爆轰产生的高温高速,在自制爆轰管内分解二茂铁,合成了碳包覆铁纳米颗粒。经XRD分析与TEM表征发现,氢氧比例与二茂铁质量在制备碳包铁时相互影响,氢氧比例主要影响碳包铁的形貌大小及分散性,二茂铁质量对能否合成碳包铁纳米颗粒影响很大。当氢氧比例为2：1,二茂铁质量在2.5~3.5 g时,能够合成碳包覆铁纳米颗粒,且呈球形或椭球形,具有明显的核壳结构。从颗粒大小均匀性,形貌结构及分散性考虑,氢氧比例2：1,二茂铁质量3.5 g的反应条件是制备碳包铁的较佳方案。

气相爆轰反应中纳米TiO_(2)颗粒的动态收集及微观生长机制

在气相爆轰制备纳米TiO_(2)实验中,将设计的可移动纳米粉体收集网台内置于爆轰管内,收集到了爆轰反应过程中生成的纳米TiO_(2),首次采用实验的方法探讨了气相爆轰制备纳米颗粒的生长机制。经分析发现,网台上与爆轰管壁收集的粉体为金红石相与锐钛矿相TiO_(2),且网台上TiO_(2)的粒径明显小于管壁上收集的TiO_(2)粒径。网台到爆轰管尾端的距离对颗粒尺寸影响非常显著,距离越近,纳米TiO_(2)的粒径越小。结合爆轰波/冲击波在爆轰管中的传播规律,基于实验观察,进一步揭示了气相爆轰合成纳米颗粒的生长机制。

气相爆轰合成纳米材料的研究进展

气相爆轰法是一种利用气体爆炸短时间内获取纳米材料的方法,已成功应用于碳纳米材料和氧化物的制备。相较于其他纳米材料的制备方法,该方法具备高效、便捷、产率高、绿色环保等优点。围绕气相爆轰法制备纳米材料所需的仪器设备及操作流程进行阐述,介绍了气相爆轰法制备含碳类纳米材料与金属氧化物纳米材料的形貌结构、性能特征。同时对纳米材料的生长机理研究现状进行了分析与总结,归纳了气相爆轰制备纳米材料在光催化、电磁吸波、耐摩擦等方面的研究进展。最后对气相爆轰法及其所制备的纳米材料的应用潜力与技术前景进行了展望,为气相爆轰法工业化大规模合成纳米材料提供有益参考。

气相爆轰数值分析及碳与碳包铁纳米材料合成

从理论上分析了气相爆轰反应中爆轰产物组分与形成稳定爆轰的条件。通过以氧气与苯、氧气与溶有二茂铁的苯为原料,用气相爆轰形式制备了碳纳米材料与碳包铁纳米颗粒。爆炸产物经XRD与TEM表征发现,碳纳米材料呈球或准球状,颗粒尺寸在10~30 nm,分散性较差。团簇区主要以无定型碳为主,分散区有少量洋葱状富勒烯。游离态碳与铁物质的量比对碳包铁的形貌结构有影响,其比值在10~28时,碳包铁纳米颗粒呈球状,核/壳结构明显,分散性较好;大于50时,其形貌结构发生变化,部分碳以片状结构存在。