近年来,随着纳米技术的兴起和在高新技术领域的广泛应用,纳米材料的研究不断发展和深入。其中,炭纳米材料作为研究最早的纳米材料之一,一直是人们研究关注的热点内容之一。 炭纳米材料的制备方法多种多样,包括电弧法,化学气相沉积法(CVD),激光蒸发法,热解法等,其中化学气相沉积法具有操作简单,成本低等特点,因而倍受关注。化学气相沉积原是工业中最常用的用来沉积多种材料的技术,包括大范围的绝缘材料,大多数金属材料和金属合金材料。研究表明,化学气相沉积法不仅是一种有效制备多种炭纳米材料,如碳纳米管,碳纳米纤维,金属填充炭纳米材料等的方法,而且是唯一可能实现工业化生产的方法。 本文采用民用煤气为碳源,结合化学气相沉积技术,制备获得了数种炭纳米材料及其复合结构。主要内容包括:高温直接裂解煤气制备碳球(碳微球),以二茂铁为催化剂气相沉积煤气制备磁性填充的碳纳米管及纳米颗粒,溶胶-凝胶法合成内含金属催化剂的二氧化硅基体生长鱼骨形碳纳米纤维以及水热法合成铁镍合金催化剂生长竹节状碳纳米管等。使用的表征手段包括X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、磁力震荡仪(VSM)。文中探讨了不同工艺条件对产品形貌的影响,并结合实验现象及表征结果对各种碳纳米结构产生的机理进行了讨论。 实验结果表明,煤气是制备炭纳米材料的合适的原料气。煤气中的甲烷和一氧化碳组分提供了反应所需的碳源,而氢气和氮气作为保护气体可以降低催化剂的失活,提高催化剂的效率。通过改变催化剂的制备方法和种类,实验过程中的条件和参数,化学气相沉积煤气可以选择性合成各种不同结构和形貌的炭纳米材料。