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发表于 2011-7-22 11:16:10
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气相生长纳米炭纤维的研究进展
直径为10 nm~20 nm的炭纤维在结构上和纳米管的结构相似,使气相生长法代替电弧法制备高纯度的纳米炭管成为可能。总之,高质量的纳米级VGCF的大量制备、充分利用其特性,开发新的领域,将是人们为之努力的方向。
5 改进流动催化剂法制备的VGCNF
很久以前,人们就发现碳氢气体化合物通过过渡族金属表面催化降解可以析出微米级炭纤维,但直到九十年代才发现此种技术也可用来制备纳米炭纤维和纳米炭管。
本小组根据纤维直径大小主要由催化剂颗粒大小决定的这一事实,我们用易挥发的过渡族金属有机化合物析出的Fe 、Co、 Ni原子可以凝聚成纳米级催化剂颗粒的特点,采用改进的流动催化剂法制备出纯净的纳米炭纤维。如以苯为碳源,以二茂铁为催化剂前驱体,以氢气为载气,在1373 K~1473 K下成功地制备出直径在5 nm~500 nm内可控的纳米炭纤维。并且经过一系列的实验研究,发现了一种VGCNF的生长促进剂-含硫化合物,它一方面可以有效地阻止无定形碳、炭黑等杂质的生成,另一方面可以大大增加VGCNF的产量和收率。实验装置如图2。得到的VGCNF外观上有两种形式。一种为薄膜状“织物”,非常薄;一种为块状,有弹性,得到的产物如图3(a), 3(b)所示。
实际上这些束状纤维是由许多单壁或者多壁纳米炭管组成的[23]。图 5(a) 和5(b)是块状产物的SEM和TEM形貌。从SEM图中可以看出块状产物也非常纯净。纤维直径分布比较均一,而且大部分纤维可以观察到中空管的存在,纤维的表面也非常光滑。
用改进的流动催化剂法制备VGCNF不仅设备简单,而且能半连续或连续生产,制备的VGCNF具有直径分布比较均匀、产品纯度高等优点,正在深入研究该的放大技术。
6 小结
VGCNF是一种十分独特的纳米炭材料,具有许多与众不同的特性,如非常小的尺寸、独特的电学性能、特别优良的力学性能及吸附与催化特性。VGCNF具有十分广阔的应用前景,对其进行广泛而深入的基础和应用研究,具有十分重要的意义。
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