特种陶瓷鲁明.doc

无机非金属材料制备基础课程论文
论文题目: 碳微米管的合成及性能研究
学 　号： 11S009０7８
姓 　　 名： 鲁明
专业: 材料学
课程名称:　无机非金属材料制备基础
任课教师: 欧阳家虎
完成日期：　2012年4月22日
碳微米管的合成及其性能研究
一 碳微米管的研究进展
近几年来，继碳纳米管之后，人们发现了一种新型的炭材料——碳微米管(CａｒｂonMicｒotubeｓ,ＣMTs）。世界著名碳材料专家，美国麻省理工学院Ｄressｈａuｓｅ教授在自然杂志上评论说：“这种新材料是我没有想到的”。[１]碳微米管具有与碳纳米管相似的管壁结构和结晶性,所以它的力学性能、导电性能、导热性能和化学稳定性等一些物理化学性能与碳纳米管相似。碳管应用最广泛的是其独特中空管状结构，由于纳米管的管径较细（一般为1～100nm），其中空部分经常被一些产物部分或全部地堵塞[2]，这些不利因素大大降低了纳米管的在微反应器和微纳米流体以及药物输送等领域上的实际应用价值。微米管状结构，直径在1～１0um之间，一些较大的纳米颗粒/团簇很容易进入管道，而且还很容易对其内外表面进行表面修饰［３］,并且能借助于目前的微米操作技术对其进行单个操作，在微机械和微电子等领域具有广阔的应用前景,因而受到了国内外众多研究者的广泛关注.
目前对微米材料的研究报道远远不如纳米材料,［４]，纤维外面涂上一层聚吡咯，然后在氮气的气氛保护下高温裂解碳化，就会得到碳层分布均匀的微米管，但是由于在裂解过程中会放出很多气体，管上会有很多气孔,造成管的强度很低。直到2０0４年，日本材料研究所的Hu［5］等人以活性炭和ZnS为原料，采用化学气相沉积法，依靠ＺnS分解而成的Zn粒子作为催化剂，在140０℃下制备了管径在1uｍ左右的高质量的碳微米管（如图1所示）。图1ＣVＤ法制备的碳微米管的SEM图片[
5］ images oｆ　carbon ｍicrｏｔｕbes　syｎｔhesｉｚeｄ by CVD metｈod。
LｉqiangXｕ［6］等人又以二茂铁和无水乙醇为原料，利用高压反应釜，在600℃,１５MPａ的条件下反应1５个小时，制备出直径为400—６0０nm，长度达到微米的碳微米管。随后X。F。Ｗａnｇ［７］等人采用水热法，以二茂铁和六溴苯在水热釜中，在250℃条件下反应４个小时，合成出管径大于1um的碳微米管（如图2所示)。
20０９年,Wang［8]等人采用模板法(ＣVD法的一种),，然后使甲烷分解的碳沉积在SiO2微米管环上,最后用氢氟酸刻蚀除去SiO2微米管环，最终就获得了碳微米管环(如图3所示）。
二 研究的意义
目前在碳纳米管的制备、物理化学性质以及应用等方面取得了令人瞩目的成就。然而,、良好的导电和导热性能、优异的化学和高温稳定性能
[9]，在微电子和微机械器件、微纳反应器、药物输送和微纳流体等领域具有广阔的应用前景,这是具有极小管径的碳纳米管所无法比拟的[10]。但是现在还缺少可行和可靠的工艺来制备高质量的碳微米管，,都不可避免的使用了金属催化剂和模板,还得经过酸液或者碱液的提纯等复杂过程,而且合成的产物杂质多、晶化程度差、,以尿素和乙二醇等廉价的物质为原料，用气压辅助化学气相沉积法[１1]大量的合成出纯度高、晶化好的的碳微米管，还可以提高工业化合成的经济性，
(１)以尿素和乙二醇为原料，采用气压辅助化学气相沉积法制备出碳微米管,并对产物的形貌、结构、物相、化学成分、管壁组成、缺陷等进行表征分析。
(２）以碳微米管为吸收剂，制备碳微米管环氧树脂基结构吸波复合材料。通过对碳微米管的介电性能的表征，探讨了碳微米管的微波吸收机理。
三、主要原材料以及设备
本文中使用中国航空工业集团川西机器厂制造的ＳJL2０0/30０—10。2000型气氛压力烧结炉，采用气压辅助化学气相沉积法制备碳微米管材料.
X射线衍射分析
材料的结晶程度和物相分析是在室温下用日本理学电机D/mａx—γB型X射线衍射仪进行的［１2]，使用铜靶Kα射线(λ＝），加速电压为４０KV，电流为50mA,扫描速度为5°/min,步长为0。02°。
X射线光电子能谱