碳材料是一种非常常见的材料,广泛存在于生活的方方面面,也是人类发展的重要组成部分。碳材料有很多同素异形体,包括石墨、钻石、活性炭等较早被广泛应用的碳材料,还包括之后发现并应用的富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。利用爆轰产生的瞬间高温、高压来合成新材料是当前国际上一个前沿的研究课题。本论文对爆轰合成碳洋葱进行了系统深入的研究。以葡萄糖为碳源,用炸药黑索金来提供能量,通过爆轰法来探究合成碳洋葱的条件。探究了实验沉积基底、炸药的用量和不同有机碳源的影响。结果表明,实验过程中的沉积基底是反应釜的器壁,外加的沉积基底对样品的形貌影响较小;炸药量较多或较少都不利于石墨结构的形成;不同有机碳源的碳链长度对产物的影响较大。以硬脂酸为碳源,用炸药黑索金来提供能量,通过爆轰法成功制备了碳洋葱。对合成的碳洋葱进行SEM、TEM、Raman、IR、XRD、XPS等表征测试,结果表明得到的碳洋葱与通过其他非爆轰的方法得到的碳洋葱结构、组成相同,而且在碳洋葱的合成过程,同时完成了氮元素的掺杂。在实验过程中,探索了碳洋葱结构的合成机理。当有机物碳链长度较短时,得到的产物结构中有一定的片层结构存在。炸药用来提供能量,为反应提供高温高压的环境。炸药量的多少也是影响碳洋葱合成的重要因素。炸药过多或者过少都不利于碳洋葱结构的生成;探索了实验过程中,碳洋葱结构中碳元素的来源,结果表明,有机物特别是长碳链有机物才是生成碳洋葱结构的关键,无论是贫碳炸药还是富碳炸药都无法单独形成碳洋葱结构。探索了整个实验过程的反应机理。有机物在炸药爆轰的条件下断裂官能团形成碳原子数不同的碳链,碳链在降温过程中聚集形成片状结构,短碳链有机物聚集的片状结构尺寸较小,在降温过程中结构被保留下来形成石墨;只有一个碳原子的尿素在降温过程中因碳元素含量不高,形成的片层结构不完整,在降温过程中不足以形成完整的石墨结构;长碳链有机物聚集的片状结构尺寸较大,自由能较高,在降温过程发生卷曲团聚,最终形成碳洋葱结构。