用炭黑生成多壁纳米碳管的机理.pdf

l8 炭 黑 工 业 2007皋 用炭黑生成多壁纳米碳管的机理 D．B．Buchholz著 杨富祥 译 摘 要：在没有催化剂的情况下，通过固态转换，于改型高温电弧炉的阳极上，用炭黑生成了多壁纳米碳管。 提出了炭黑通过固态转换变成纳米碳管的机理。存在于炭黑中的五角形缺陷和七角形缺陷转移到高拉伸应变畴，是 生成机理的关键。该生成机理可分为两个阶段。两个阶段的根本机理是相同的，只是促使纳米碳管生长的拉伸应力 源不同而已。在生长的第一阶段，炭黑粒子问颈形部位被热力拉伸为粗短的纳米管，高温电弧炉内存在于等离子体 中的静电力促使粗短纳米碳管延伸成各种微米长度。 1 引 言 件，碳前驱物固态可能生成与全烯 (fullene)相 要充分发挥纳米碳管的技术潜能，必须大规 关的微粒、短管状构造或纳米碳管。此外， 就有 模生产纳米碳管。提高生产规模的关键是掌握纳 些纳米碳管生成型式而言，即使把生成纳米碳管 米碳管的生成机理。自然，生成机理的细微末节 所需的碳以气相输送到生长区内，所提出的实际 取决于所用材料的生成方法。前不久，我们报告 生成机理仍是固态扩散型和根系生长型。所提出 了在高温电弧炉内加热炭黑来生成多壁纳米碳管 的固态过程包括 (1)一个适当的生长点和 (2) (MwNT)的情形。在这一早期的研究中，已经 进行固态输送过程所需的足够高温。在本文所研 确定炭黑是用于纳米碳管的碳源，并且概述了生 究的体系中，炭黑提供适当的生长点，而电弧炉 成机理。本文详细阐述了炭黑转变成纳米碳管的 用以实现快速固态扩散所需的高温。 固态生成机理。 所提出机理的一个关键因素是炭黑石墨层内 在考察气相生成纳米碳管方面，人们已经作 各种缺陷。五角碳环和七角碳环是在石墨层内观 了大量的工作。然而，普遍认为，提供适当的条 察到的两种缺陷。在石墨层内引入五角碳环、七 但是，氮吸附．脱附等温线形状相同。Vnano、 最大值与TPD．MS峰相关，随SBET增加而偏向较 Snano、Vmes、Smes随SBET增大而增大，然而， 大的Ea。换句话说，联合脱水取决于气相法白炭 Vmac、Smac略取决于 SBET。另外，白炭黑受热 黑形态、影响表面化学性质的合成条件两个因素。 后，Vmac增大，而Vnano、Vmes变化不大。PSDv 再水合作用后，f(Ea)函数最大值偏向较小的Ea。 主峰偏向较大的Rp，其强度随sBET减小而减小。 白炭黑溶解速度随SBET和pH增大而增加。但是， 合成后使用不同处理方法，气相法白炭黑的纹理 表面电荷密度O o、‘电势模量随SBFr增大而减 (PSD)和结构 (例如FTIR谱)变化很大，这些 小。PCS、 H NMR、TSDC谱证明，与粉末态白 特性趋向于受气相法白炭黑主要参数和比表面积 炭黑相比，气相法白炭黑分散体重新排布，视比 关系影响。 表面积和改性水基悬浊液浓度而定。 吸水、脱水能力随SBET增大而增加(CH2o．378K 参考文献 (略) 和CH20,1173K以wt％计)，但CoH(以mmol／m 计) 译自dournaI of Colloid arid Interface 随SBET减小而增大。脱水活化能Ea分布函数的