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碳纳米材料由于其独特的结构显示出良好的物理化学性能,在很多领域表现出很大的潜在应用前景。目前制各碳纳米材料的方法很多,而化学气相沉积法(CVD)由于其具有设备简单、成本低、反应过程易于控制、产量高等优点而成目前制备碳纳米材料的一种主流方法。
本论文采用CVD法,分别以C4H4S和CH4为碳源,制备了分枝碳纳米管(BCNTs),石墨烯等特种碳纳米材料。使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热失重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)和拉曼(Raman)光谱等分析手段对这些特种碳纳米材料进行了形貌、产率等方面的测试。探讨了制备过程中的工艺参数,寻找最佳的参数条件,得到以下结论:
1.使用Co-Mg(0)作催化剂和载体,利用CVD技术,反应温度1000℃,反应时间30分钟,H2,Ar作为载气,按一定的流量比,在低气压下热解噻吩能够制备形态良好的BCNTs。
2.使用酞菁铁作为催化剂,反应温度1000℃,反应时间30分钟,C4H4S作为碳源,H2,Ax为载气,H2:Ar=1:3,总流量为400ml/min是制备形态良好的BCNTs的最佳方案。
3.使用乙酸铜作为催化剂,反应温度1000℃,反应时间10分钟,C4H4S作为碳源,H2,Ar为载气,H2:Ar=1:1,总流量为200ml/min可以制备出大量纳米石墨片并伴随少量CNTs。其他参数条件一样前提下,反应时间15分钟,H2:Ar=1:3,总流量400ml/min时产物以大量BCNTs为主,其直径范围在100-200nm。
4.使用H2,Ar为载气,镍片作为基片,反应温度1000℃,反应时间30分钟,CH4为碳源,H2,Ar为载气,能够制备出多层石墨烯材料。