一维碳纳米材料及其复合结构的制备与表征

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1、大连理工大学博士学位论文一维碳纳米材料及其复合结构的制备与表征姓名：王治宇申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：邱介山;赵宗彬20070501大连理工大学博士学位论文摘要以碳纳米管为代表的一维纳米材料是目前研究最为广泛的一类新型功能材料，其可控合成是当今纳米材料研究领域的前沿和热点之一。如何设计结构新颖、形貌独特的一维纳米材料，并在制备过程中实现对其结构维度、物质组成的准确控制，进而对其本征性能进行调变对于深入理解物质结构与性质的关联、人工设计合成新型功能材料具有重要意义。本文就碳纳米管及由其衍生的一维碳．金属(或其化合物)复合纳米材料的结构选择制备进行了系统研究

2、，主要研究结果如下：以煤为碳源前躯体，在电弧等离子体条件下实现了碳纳米管的结构选择制备。通过调节反应条件如催化剂种类、缓冲气氛种类及压力等可以得到形态结构各异的碳纳米管如双壁碳纳米管、多壁碳纳米管、分枝碳纳米管等。在惰性气氛中，以活性较高的铁作为催化剂时可以制备双壁碳纳米管，其管径分布在1．5衄左右，管壁间距恒定(约0．41rim)，在范德华力作用下可以定向集结形成长达20锄的宏观绳状沉积物；而以传统意义上对碳材料生长催化活性极弱的铜作为催化剂时则可实现多壁碳纳米管及分枝碳纳米管的大量合成，其中分枝碳纳米管的纯度经优化后可达90％以上。以碳纳米管作为形态模板，通过电弧

3、等离子体原位填充技术制备了外壳为碳纳米管、内芯为一维铜或稀土氟化物纳米线的“纳米电缆”复合结构(Cu／LnF3@CNT纳米电缆)。在碳纳米管内腔中合成了长达十余微米、直径分布均一的超长铜、稀土氟化物晶体纳米线并对其在碳纳米管限域内腔中的晶体生长行为进行了探讨；研究表明：碳纳米管的紧密包覆可以严格限制物质晶体的外延生长，从而强制其以理想各向异性方式生长形成长程结构连续的一维纳米线，在此过程中，晶体纳米线可以沿高能晶面或低能晶面方向取向，生长模式较为多样。在纳米电缆结构制备的基础上，通过热氧化反应除去碳纳米管壳层，可以在不损伤晶体纳米线形态及结构的前提下实现由稀土氟化物@

4、碳纳米管复合结构向纯净稀土氟化物纳米线的转化。利用水热法，在温和条件下原位制备了Cu@C纳米电缆复合结构。此类纳米电缆结构的外壳为厚度均一(20．30rim)的无定形炭层，内芯为直径100．200皿、长约数微米的铜晶体纳米线；经高温炭化处理后，Cu@C纳米电缆可部分向Cu@CNT纳米电缆结构转化。通过调节反应条件，使用类似的液相方法还可以实现炭微米球或氧化铜微米球的制各。关键词：。碳；一维纳米材料；复合结构：制备合成一维碳纳米材料的结构选择制各及表征SynthesisandCharacterizationofOne-dimensionalCarbonNanomater

5、ialsandRelatedHybridStructuresAbstractAsaclassofnovelfunctionalmaterials，one-dimensional(1D)nanomaterialshaveattractedextensiveresearchinterestsacrosstheworldinrecentyears。ofwhichthecontrollablesynthesisisoneofthehottopicsofnanoseieneeandnauotechnology．髓ebigchallengeontheunderstandingof

6、therelationshipbe_hⅣeenthestructureandcharacteristicsofthe1Dnanomaterialsand山eirartificialsynthesisishowtodesignthemwithnovelstructureanduniqueShal毙，andhowt0preciselycontrolthestructure，dimensionalityandcompositionofthematerials，furthertotailortheirintrinsicproperties．Inthepresentthesis

7、，theresearchisprimarilyfocusedonthestructure．selectivesynthesisandcharacterizationofcarbonnanombes(CNTs)andrelated1Dhybridr诅uostt'uctures，ofwhichthemajorityresultsarcbrieflysummarizedasfollows．111cCN，rswithdiversemorphologieshavebeenselectivelysynthesizedfromcoalvia眦dischargeme