纳米碳纤维的低温制备——催化剂粒子尺寸的影响

以采用电阻加热法制备的纳米铜粒子为催化剂,在低温下催化乙炔制备了纳米碳纤维。所制备的纳米碳纤维具有螺旋型和直线型两种形貌。采用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对纳米碳纤维进行了表征。纳米铜催化剂粒子在催化纤维的生长过程中,经历了一个重要的形状变化过程。催化剂粒子尺寸对所制备的纳米碳纤维的形貌有很大的影响。通常有两根螺旋纳米碳纤维以对称模式在单个粒径小于50nm的催化剂粒子上生长,它们的旋向相反,但是具有相同的螺旋直径、螺旋长度、螺旋缠绕程度和纤维直径。较大尺寸的催化剂粒子易生长直线型纳米碳纤维。     

纳米多孔Ni-P涂层催化制备螺旋碳纤维研究

以纳米多孔Ni-P涂层为催化剂模板,制备形貌良好、宏量生长的螺旋碳纤维。采用扫描电子显微镜对螺旋碳纤维进行微观形貌观察,采用X射线能量色散谱仪对纳米多孔Ni-P涂层表面进行元素分析,采用X射线衍射仪表征其物相组成。研究了反应温度、升温速率、反应气氛对螺旋碳纤维形貌及纳米多孔Ni-P涂层物相组成的影响。实验结果表明,非晶态的纳米多孔Ni-P涂层在升温过程中会形成结晶Ni相和结晶Ni3P相。随着温度的提高,用纳米多孔Ni-P涂层催化生长的螺旋碳纤维直径出现由大变小的趋势,在600℃时制备的碳纤维其螺旋形貌最佳。螺旋碳纤维的纤维直径、螺旋直径与纳米多孔Ni-P涂层中Ni(200)晶面的择优取向强度相关,这是决定螺旋碳纤维形貌的关键,Ni(200)晶面的择优取向强度越高,生长的螺旋碳纤维的纤维直径和螺旋直径越小。     

AAO模板为基底CVD法合成孔径可控的碳微球

1000℃下两段炉中裂解乙炔,第一段炉中不放催化剂,第二段炉中放入孔径约为50nm的AAO模板并将炉温设定为700℃,反应时间为10min。产物通过扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜进行了表征。结果表明:AAO模板表面沉积了很多直径约为50nm的碳微球,碳微球的结构为断断续续的石墨片层组成的波纹状结构,石墨片层的层间距约为0.3~0.35nm。     

HKT800碳纤维微观结构与性能

为深入剖析国产HKT800碳纤维的微观结构和性能,用扫描电子显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、X射线衍射仪、压汞仪等对HKT800碳纤维进行了表征,并与东丽T800碳纤维进行了对比分析,结果表明:HKT800碳纤维的表面带有沟槽,少量碳纤维截面呈腰果形,不同于T800碳纤维,且表面粗糙度较大;HKT800碳纤维拉曼测试ID/IG比值为1.07,表面微晶尺寸较小;2种碳纤维层间距均为0.347 nm,孔隙率均为17.4%,比较一致,但HKT800碳纤维堆叠尺寸、取向度略高于T800碳纤维,而微孔偏离碳纤维轴取向程度、微孔长度、微孔横截面平均切割线长度均略低于T800碳纤维,HKT800碳纤维中微孔尺寸、数量的分布也不同于T800碳纤维.     

直流碳弧法制备碳包覆铁纳米颗粒机理研究

采用直流碳弧等离子体法成功制备了碳包覆铁纳米颗粒,利用透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、X射线能谱仪对样品的形貌、物相结构、化学成分和粒度进行表征分析,并对碳包覆纳米金属颗粒的形成机理进行初步探讨。结果表明:直流碳弧等离子体技术制备的碳包覆纳米金属颗粒具有明显的铁核(bcc-Fe)/碳壳(石墨层片)包覆结构,颗粒大多呈球形和椭球形,粒径分布在20~60nm范围,平均粒径为44nm,铁粒子外碳层的厚度为5~8nm。碳包覆铁纳米铁颗粒是通过颗粒内部固态形式的碳自行扩散至颗粒表面和颗粒外部气态形式的碳沉积到颗粒表面形成的。     

碳纳米纤维在纳米催化剂上的不同生长形态

利用纳米镍、酒石酸铜催化剂,通过碳的化学气相沉积法(CVD)分别制备出并列形态和"V"形态生长的碳纳米纤维,并通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)对其进行了观察研究,发现生长在催化剂粒子上的碳纳米纤维在初始生长时的生长方向与催化剂粒子形状之间有密切关系.我们分析认为,在碳纳米纤维的生长过程中,碳在催化剂粒子中的扩散速度是控制步骤,并且决定催化剂粒子晶面上不同生长点的纤维生长速度.     

金属纳米粒子/微管簇碳纤维复合材料的合成与研究

借助原位还原法,成功地将铂纳米粒子负载在一种具有微管簇形貌的植物载体-剑麻纤维中,负载的铂纳米粒子的平均粒径约为3.6nm.通过在400℃下碳化这种含有铂纳米粒子的剑麻纤维,得到铂纳米粒子/碳纤维复合材料,这种碳纤维保留了原来剑麻纤维的微管簇形貌.剑麻纤维中相邻的微管壁和它们所夹的胞间层在碳化反应之后,融为一体,变成了均一的碳微管壁.虽然碳化后铂纳米粒子的平均粒径增大到5.3m左右,但是生成的载体碳纤维还是有效地阻止了铂纳米粒子的生长.这种铂纳米粒子/碳纤维复合材料兼具微管簇结构、碳纤维载体和活性铂纳米粒子的优点,很可能成为一种新型的异相催化剂,在很多领域中具有开发前景.     

平直碳纳米纤维与螺旋碳纳米纤维的共同生长

研究了采用乙醇催化燃烧法制备的碳纳米纤维的形貌和结构，并且讨论了平直碳纳米纤维与螺旋碳纳米纤维分别对应的生长机制。分析结果表明在特定的实验条件下，可以制备出平直碳纳米纤维与螺旋碳纳米纤维的共生材料。螺旋碳纳米纤维的生长机制是基于催化剂颗粒的各向异性。本实验方法具有制备工艺简单，碳源无毒性，制备过程无环境污染等特点，因而有望实现大量生产。     

碳纤维衬底上定向碳纳米片阵列的制备

以乙炔(C2H2)为碳源,N2为载气,二茂铁为催化前驱物,采用浮动催化法,在碳纤维衬底上制备了垂直定向的碳纳米片阵列.利用SEM,EDX和Raman光谱对所得产物进行了表征.结果表明经十二烷基磺酸钠(SDS)和二茂铁的丙酮溶液煮沸和浸泡处理后的碳纤维表面所生长的碳纳米片长度约为600 nm,宽度约为50 nm.Raman光谱分析表明所制备的碳纳米片为石墨结构.碳纤维的预处理不仅活化了表面,而且避免了催化剂向其内部的渗透和吸收.基于以上结果,碳纤维/碳纳米片在场发射领域很可能有重要的应用.     

甲烷催化裂解制备毛线状炭纤维及其微观结构

以甲烷为碳源，硫酸亚铁为催化剂前驱体，通过化学气相沉积在石墨基板上制得毛线状炭纤维。扫描电子显微镜观察得知所制炭纤维具有毛线状结构，由许多直径更小的子纤维交叉合并而成。单束毛线状炭纤维的直径为4μm-8μm。高分辨透射电子显微镜显示构成纤维的碳层排列不平直，存在偏转角，有序排列的碳层被分割成许多有序微晶区域。进一步采用X射线衍射和激光拉曼光谱等分析手段对其微观结构进行表征，表明毛线状炭纤维中碳层排列有序度较高，石墨微晶尺寸较大（La≈5nm），层间距较小（d002=0．340nm）。推测毛线状炭纤维生长机理符合“吸附-扩散-析出”过程，形成毛线状结构主要由催化剂颗粒直径决定。     

低温湿化学还原法制备Bi2Te3单晶纳米棒

采用低温湿化学还原法,以Bi(NO3)3·5H2O和TeO2为原料,通过乙二胺四乙酸(EDTA)参与调节使反应体系为中性,以NaBH4为还原剂,以表面活性剂Brij56(HO(CH2CH2O)10C16H33)为晶体生长调控剂,制备了Bi2Te3纳米棒.通过X射线衍射(XRD)、X射线荧光探针(XRF),扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)对样品的组成和结构进行了分析,同时初步探讨了Bi2Te3纳米棒的生长机理.结果表明,制备的Bi2We3纳米棒直径在30nm左右,长度在400nm左右,具有单晶结构;反应温度和Brij56的浓度对晶体形貌有较大的影响.     

在酸性条件下采用高能球磨法制备 Cu2O纳米粉末

采用行星球磨机在pH=2的稀盐酸溶液中对Cu粉进行球磨，球磨机简体和磨球材质均为纯Cu，球料比为20：1，球磨机转速为300r／min，通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等对球磨产物进行了表征．XRD结果表明，球磨3h后，所加入的纯Cu粉末基本转化为Cu20粉末．球磨70h后得到纯的Cu20粉末，粉末粒度为50-100nm．并对Cu20纳米粉末的生成机制及球磨工艺参数对Cu20形成的影响进行了讨论．     

精细结构SnO2纳米球的制备与表征

以SnCl4·5H2O为主要原料,用溶剂热技术在油酸体系中成功地合成了具有精细结构的SnO2纳米球.X射线衍射(XRD)和选区电子衍射(SAED)结果表明,制备出的SnO2微晶具有良好的结晶性;透射电镜(TEM)结果表明,得到的产物中含有尺寸约为50-80nm的SnO2纳米球,放大的17EM照片进一步揭示了此纳米球含有粒度为2-6nm超细粒子的精细结构.这种结构趋向于高的比表面积,适合于气敏探测器方面的应用.     

由层状钛酸盐纳米管制备SrTiO3纳米粒子及其表征

采用水热法,使用层状钛酸盐纳米管和乙酸锶作为前驱物,在一定反应温度和时间的条件下,制备了SrTiO3纳米粒子.采用X射线粉末衍射(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),拉曼光谱(Raman),激发光谱(PL)和比表面积分析等测试技术对SrTiO3纳米粒子进行了表征.测试结果表明,只有在反应条件和反应前驱物配比适当时才能制备得到纯的无序多孔SrTiO3纳米粒子,粒径主要分布在10～30nm之间,无明显团聚现象;随着反应时间的延长或者反应温度的升高,粒径趋于增大,而比表面积趋于减小,对亚甲基蓝在紫外光照下的光降解活性也随之降低.     

Structural analysis of multi-walled carbon nanocoils synthesized with Fe-Sn catalyst supported on zeolite

Thin carbon nanocoil (CNC) with a fiber diameter of less than 50 nm was synthesized by catalytic chemical vapor deposition using Fe-Sn catalyst supported on zeolite. The chemical vapor deposition parameters of reaction temperature, gas flow rate of N2 as dilute gas and C2H2 as source gas were 650-750 degrees C, 1000 ml/min and 50-300 ml/min respectively. Transmission electron microscopic observation revealed that thin CNCs had a hollow and multi-walled structure with cylindrical graphitic layers. More than 90% of the CNCs obtained were multi-walled CNCs (MWCNCs), and the remainder was columnar CNCs without a hollow structure. Three-dimensional images of an MWCNC with Au nanoparticles on its surface were reconstructed by electron tomography and confirmed that the MWCNC had a three-dimensional helical shape.     

Synthesis of tin oxide-coated gold nanostars and evaluation of their surface-enhanced Raman scattering activities

Tin oxide-coated gold nanostar hybrid nanostructures are prepared by first synthesizing gold nanostars (ca. 400 nm), then introducing Na₂SnO₃ precursor followed by its hydrolysis and formation of a tin oxide layer on nanoparticle surface. The synthesized hybrid structures have been characterized by combination of UV–Vis spectroscopy, transmission electron microscope (TEM), energy-dispersive X-ray studies, scanning electron microscope (SEM), X-Ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. The TEM and SEM analyses showed that gold nanostars have a coating with an approximate thickness of 15 nm. The tin (IV) oxide coating on the gold nanostars was identified by XRD and XPS analyses and confirmed by FTIR spectroscopy. Surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy was performed on tin oxide-coated and uncoated gold nanostars with crystal violet as a probe molecule. The SERS studies revealed field enhancement properties of Au nanostars, thus their strong SERS activity remained after tin oxide coating.     

水热合成单晶La 1-x Ca x MnO3系列纳米线

采用水热法，成功地合成了一系列单晶La1-xCaxMnO3（x=0．3、0．5、0．75）纳米线．X射线衍射（XRD）的结果表明所制备的样品是纯的La1-xCaxMnO3正交相（x=0．3、0．5、0．75）纳米线．透射电子显微镜（TEM）的照片清晰地显示所制备的样品是由大量直径均匀（约90nm）、长度从几微米至几十微米的La1-xCaxMnO3的单晶纳米线构成．La0．5Ca0．5MnO3纳米线清晰的高分辨电子显微镜（HRTEM）的图片表明纳米线的表面是光滑的。没有任何缺陷且La0．5Ca0．5MnO3纳米线沿〈100〉方向生长．La0．5Ca0．5MnO3纳米线磁测量的结果表明相对于块材来说纳米线的疋有明显地提高，这是由于晶胞收缩和形状各向异性所致．     

Acetylene decomposition to helical carbon nanofibers over supported copper catalysts

The helical carbon nanofibers (CNFs), synthesized at relatively low temperatures (lower than 250 °C) by using Cu as a catalyst, SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, MgO as supports and acetylene as gas source, has been investigated.The products were characterized by field emission scanning electron microscope (FE-SEM), transmission electron microscope (TEM) and X-ray diffraction (XRD). The morphologies of obtained products influenced by the types of supports and weight ratios (Cu/support = 1:1, 1:5, and 1:10) were discussed. The average diameter of the helical CNFs was about 80 nm, and these CNFs had the same coil pitch, and coil diameter.     

具有中间相沥青过渡层的炭/炭复合材料的微观结构与力学性能

采用液相浸渍-炭化和CVI复合工艺, 制备出在炭纤维和热解炭之间具有中间相沥青过渡层的炭/炭复合材料, 借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜以及力学性能测试研究了所制备的炭/炭复合材料的微观结构与力学性能. 结果表明: 在偏光显微镜下中间相沥青炭的光学活性高于热解炭的光学活性, 中间相沥青炭在SEM和TEM下均呈片层条带状结构, 热解炭在SEM下呈“皱褶状”片层结构, 在TEM下为粒状结构; 在HRTEM下, 中间相沥青炭、热解炭和炭纤维的晶化程度依次降低. 在加载过程中, 材料内部多层次的界面通过改变裂纹扩展路径而延缓其扩展速度, 在断口形貌上体现出锯齿状的断裂形式, 纤维拔出长度适中, 材料表现出韧性破坏的断裂特征. 材料具有较高的力学性能, 抗弯强度达到244MPa, 断裂韧性达到9.7MPa·m^1/2.     

温度脉冲方法制备碳/碳化硅复合材料界面的微观结构与性能研究

采用温度脉冲化学气相渗透沉积的方法制备了碳/碳化硅复合材料界面. 以六甲基二硅胺烷(Hexamethyldisilazane , HMDS) 为前驱体, 以3k, 三维四向的石墨化碳纤维编织体为预制体, 通过强制流动热力学梯度化学气相渗透沉积的方法(FCVI)制备出密度为1.98g·cm^-3的C _f/SiC复合材料. 运用透射电子显微镜(TEM)对复合材料的界面微观结构进行了分析. 复合材料的平均弯曲强度为458MPa, 平均断裂韧性为19.8MPa·m^1/2. 应用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的断裂形貌进行了分析研究.