特種陶瓷作業(yè)魯明課件

11S009078碳微米管的合成及其性能研究碳微米管具有與碳納米管相似的管壁結(jié)構(gòu)和結(jié)晶性，所以它的力學(xué)性能、導(dǎo)電性能、導(dǎo)熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性等一些物理化學(xué)性能與碳納米管相似碳管應(yīng)用最廣泛的是其獨特中空管狀結(jié)構(gòu)，由于納米管的管徑較細（一般為1~100nm），其中空部分經(jīng)常被一些產(chǎn)物部分或全部地堵塞[2]，這些不利因素大大降低了納米管的在微反應(yīng)器和微納米流體以及藥物輸送等領(lǐng)域上的實際應(yīng)用價值碳微米管的研究進展碳微米管的優(yōu)點微米管狀結(jié)構(gòu)，直徑在1~10um之間，一些較大的納米顆粒/團簇很容易進入管道，而且還很容易對其內(nèi)外表面進行表面修飾[3]，并且能借助于目前的微米操作技術(shù)對其進行單個操作，在微機械和微電子等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，因而受到了國內(nèi)外眾多研究者的廣泛關(guān)注。研究的意義碳微米管和碳納米管一樣同樣具有很高的機械強度、良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能、優(yōu)異的化學(xué)和高溫穩(wěn)定性能，在微電子和微機械器件、微納反應(yīng)器、藥物輸送和微納流體等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，這是具有極小管徑的碳納米管所無法比擬的但是現(xiàn)在還缺少可行和可靠的工藝來制備高質(zhì)量的碳微米管，這也就限制了對碳微米管物理化學(xué)等性質(zhì)方面的研究在不使用催化劑和模板的條件，以尿素和乙二醇等廉價的物質(zhì)為原料，用氣壓輔助化學(xué)氣相沉積法[11]大量的合成出純度高、晶化好的的碳微米管，還可以提高工業(yè)化合成的經(jīng)濟性，該實驗具有很大的理論和實踐價值主要原材料以及設(shè)備碳微米管的合成與表征稱取100g尿素和0.5g的乙二醇混勻后放入直徑為18cm的石墨坩堝中，然后將坩堝放入氣壓爐中，將爐體封閉后抽真空至0.1Pa，然后向氣壓爐中充入高純氮氣至0.6MPa以10°C/min的升溫速率將爐溫升至1250°C并保溫120min，隨爐冷卻至室溫。在石墨坩堝中就得到大量的碳微米管XRD在2θ角為26.5度和46.7度兩處的衍射峰分別對應(yīng)著石墨的(002)和(100)晶面，與標準卡片PDF#12-0212相一致。從衍射峰的強度來看，產(chǎn)物的結(jié)晶度較好，而且沒有雜質(zhì)衍射峰的存在，說明產(chǎn)物的純度較高SEM圖a為碳微米管的低倍掃描照片，從圖中可以看出，碳微米管的管徑分布較均勻，產(chǎn)物表面上沒有無定型碳顆粒等雜質(zhì)的存在，這是因為在氨氣的作用下，無定型碳顆粒在高溫下被氨氣完全刻蝕掉了從圖中還可以看出，碳微米管具有很長的長度，基本上都在毫米量級，甚至在厘米量級上，而且在整體上比較平直圖b為碳微米管的高倍掃描照片，清晰的體現(xiàn)出所合成出的碳微米管的管徑大約為1微米，而且管徑分布比較均勻圖c為碳微米管開口端頭的高倍掃描照片，表明實驗所得到的產(chǎn)物為明顯的中空管狀結(jié)構(gòu)，而且管壁很薄TEM&HRTEM用透射電子顯微鏡和高分辨透射電子顯微鏡分析碳微米管的管壁厚度和具體的顯微結(jié)構(gòu)信息。圖a為碳微米管的透射電子顯微照片，從照片中的信息可知，碳微米管的管徑為1微米左右，管徑分布均勻，而且管壁較薄。插圖為碳微米管的選區(qū)電子衍射圖譜，經(jīng)標定分析可知，從內(nèi)到外分別對應(yīng)著石墨的(002)、(100)和(110)晶面，為典型的多晶環(huán)，說明得到的碳微米管為多晶結(jié)構(gòu)碳微米管的結(jié)晶程度與多壁碳納米管相似。圖b為碳微米管管壁的高分辨透射電子顯微照片，可以清晰的看出碳微米管的管壁厚度為5納米左右，大約由15層石墨片層堆垛而成。碳微米管環(huán)氧樹脂復(fù)合材料吸波材料是指能把入射的電磁波轉(zhuǎn)換成其它形式的能量而消耗掉的一類功能材料。吸波材料最早應(yīng)用于軍事的隱身材料吸波材料主要由吸收劑和基體組成，其中基體起到支撐骨架作用，是決定吸波材料力學(xué)性能的關(guān)鍵，吸收劑的數(shù)量和性能是決定吸波材料吸波性能的重要因素制備稱取200g環(huán)氧樹脂E-51，向其中加入5wt%的丙酮溶液作為稀釋劑，用玻璃棒攪勻，按著設(shè)定好的質(zhì)量分數(shù)稱取碳微米管，然后加入到環(huán)氧樹脂中，分散均勻后，再向其中加入10wt%的二乙烯三胺作為固化劑試樣的制備采用澆注成型方法，將上述混合好的環(huán)氧樹脂和碳微米管的混合物澆注到不銹鋼模具中，在空氣中固化2個小時，然后放入烘箱中，在100℃再固化1個小時。降至室溫后，脫模取出樣品。樣品尺寸為180mm×180mm，厚度為1-4mm?？偨Y(jié)以尿素和乙二醇為原料，未使用任何金屬催化劑，在氣壓燒結(jié)爐中大量的合成出直徑為1微米左右，長度能達到厘米級別，管壁的厚度在5納米到20納米之間的碳微米管。在研究中發(fā)現(xiàn)，爐內(nèi)氣