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本文研究了水溶液中阴极气膜微弧放电的机理以及用这种方法制备碳纳米材料和类金刚石薄膜。
研究发现，当施加在电极上的电压大于某一临界值时，会在电极表面形成由大量气泡聚集而成的气膜，覆盖住整个电极表面，将溶液和电极表面完全隔离开，在强电场的作用下，气膜被击穿，产生微弧放电。
在气膜微弧放电的机理研究方面，本文主要研究了气膜微弧放电发生在阴极和发生在阳极的机理及其转换条件，当阴极和阳极的表面积之比为1.7时，是发生阴极气膜微弧放电和阳极气膜微弧放电的临界转变条件，另外，对阴极气膜微弧放电的脉冲放电特性及气膜的厚度等进行了研究。
对于碳纳米材料的制备，本文主要研究了以下三个方面：(1)以纯石墨为电极，在盐溶液中通过阴极气膜微弧放电制备出珊瑚状碳纳米球、碳纳米管以及碳纳米纤维；(2)以掺杂催化剂粉(Fe、Co、Ni等)的石墨粉为原料，在10MPa的压力下压制成棒状电极，作为阴极，纯石墨棒作为阳极，在盐溶液中通过阴极气膜微弧放电制备出碳纳米管和碳纳米纤维；(3)以Pt为阳极，Ni为阴极，在含有机物的水溶液中通过阴极气膜微弧放电制备出碳纳米管和碳纳米纤维。
在类金刚石薄膜的制备方面，以Pt为阳极，Ni为阴极，在含有有机物(甲醇/乙醇)水溶液中通过阴极气膜微弧放电，在阴极表面制备出类金刚石薄膜。另外，通过在溶液中掺入硅酸钠，制备出了掺杂Si的类金刚石薄膜。
研究结果表明，阴极气膜微弧放电法能够比较高效率的制备出碳纳米颗粒、碳纳米管和碳纳米纤维，能够在金属表面制备出类金刚石薄膜，大大简化了制备的工艺条件和设备要求，为碳纳米材料和类金刚石薄膜的低成本制备以及在工业领域的大规模应用提供了新的途径。