纳米碳纤维及其复合材料

纳米碳纤维及其复合材料汇报人：潘磊指导教师：乔文明目录研究背景技术路线及实验内容实验结果表征工艺参数影响结果与扩展力学性能高强度、高弹性等特点，是制备复合材料的理想轻质增强材料。电学性能高长径比和导电性，可用于面板类的静电喷漆和双电层电容器电极。热学性能热传导性在平行于轴线与垂直于轴线方向上表现出很大的不同，可用于各向异性传导材料。力学性能电学性能热学性能

纳米碳纤维(Carbonnanofibers，简称CNF)是化学气相生长碳纤维的一种形式，是通过裂解气相碳氢化合物制备的一种非连续类石墨纤维，是一种新型亚微米增强材料。.研究背景技术路线及实验内容主要分类主要分类热丝CVD法模板合成法热蒸发CVD法

电子纺丝法

电弧法

激光烧蚀法主要分类基体法

喷淋法流动催化法其他方法气相生长PE-CVD气相生长技术路线及实验内容配制混合溶液共沉淀干燥及还原Cu、Ni合金催化剂制备块状纳米碳纤维气相生长技术路线及实验内容配制混合溶液共沉淀干燥及还原Cu、Ni合金催化剂碳源：乙烯载气：氢气保护气：氦气催化剂：Cu、Ni合金气相生长技术路线及实验内容碳源：乙烯载气：氢气保护气：氦气催化剂：Cu、Ni合金生长时间催化剂量生长温度收率及性能的差异实验步骤HeH2反应炉CCu、Ni40ml/min160ml/min20mg升温至580℃恒温2h154362200ml/min580℃、30minH2C2H440ml/min580℃、60min160ml/minHe20ml/min180ml/min580℃、20minStep1：升温并恒温阶段Step2：吹扫阶段Step3：CNF生长阶段Step4：润饰阶段Step5、6：降温阶段技术路线及实验内容实验步骤HeH2反应炉CCu、Ni20mg532146200ml/min580℃、20min20ml/min180ml/min冷却至400℃50ml/min冷却至室温Step5、6：降温阶段技术路线及实验内容TEM纤维长粗细分布呈螺旋状和直线状SEMXRDTGA表征扫描电镜透射电镜X射线衍射热重分析实验结果表征TEMSEMXRDTGA表征从图中可以看到，石墨层不明显，且外层有无定型碳，说明所得纳米碳纤维石墨化程度不佳。扫描电镜透射电镜X射线衍射热重分析透射电镜表征TEMSEMXRDTGA表征比较纳米碳纤维与石墨的XRD图谱可以看出纳米碳纤维在26.5°的峰处没有石墨峰锋利，其曲线也没有石墨的平滑，说明该产物的石墨化程度不佳，这与前面SEM和TEM表征得出的结果相符。扫描电镜透射电镜X射线衍射热重分析X射线衍射表征TEMSEMXRDTGA表征所得纳米碳纤维在约500℃以下几乎没有损失，说明抗氧化能力强，当温度上升到500℃以上时，样品质量急剧下降到缺乏2%，这局部损失的质量即为纳米碳纤维的氧化所致，而剩下的缺乏2%的剩余物为熔点较高的催化剂及其氧化物，这说明催化剂的活性较高。扫描电镜透射电镜X射线衍射热重分析热重分析表征工艺参数对纳米碳纤维生长的影响主要考察工艺参数生长时间

催化剂用量

生长温度

产率=〔产量-催化剂量〕/催化剂量500℃粗细、密度不均600℃粗细密度较均匀700℃较粗且断裂700℃表面沉积碳较多Temperature/℃yield/%Cu：Ni=1：4Cu：Ni=0：5Cu：Ni=1：1生长温度的影响单镍催化剂发生团聚烧结现象。随温度升高催化剂活性增强，后趋于稳定。Cu：Ni=1：4Cu：Ni=0：5Cu：Ni=1：1生长时间的影响Temperature/℃yield/%单镍催化剂发生团聚烧结现象。yield/%Time/min单镍催化剂外表被一层碳膜所包裹，使其钝化，导致产量的增长速率减小，当催化剂全部被钝化后，失去催化效应，产量趋于稳定。纳米碳纤维的收率随着生长时间的增加而增加，说明催化剂一直保持着很高的活性即催化剂的利用率很高Cu：Ni=1：4Cu：Ni=0：5Cu：Ni=1：1催化剂量的影响Time/min单镍催化剂表面被一层碳膜所包裹，使其钝化，导致产量的增长速率减小，当催化剂全部被钝化后，失去催化效应，产量趋于稳定。纳米碳纤维的收率随着生长时间的增加而增加，说明催化剂一直保持着很高的活性即催化剂的利用率很高yield/%yield/%Cat/g可能是由于催化剂的量增加后团聚导致催化剂活性的降低，而使纳米碳纤维的收率减少。可能是由于此比例的催化剂活性较高，在一定碳源的条件下生成的纳米碳纤维量保持定。

本实验未对纳米碳纤维的生长机理进行过多的探讨，未能解决纳米碳纤维在催化剂是底端还是顶端生长的问题。

考察更多的工艺参数，如保护气和碳源的种类，进气流量等对制

备纳米碳纤维的影响，并对工艺条件进行优化。结论与扩展扩展本实验主要研究了块状纳米碳纤维的制备，并对所得的产物的相貌及微观结构进行了表征，同时还考察不同生长时间，不同生长温度，不同催化剂量和比例下纳米碳纤维的性能，产品差异及产率的差异。得到了一定的成果。实验说明，所得的纳米碳纤维呈螺旋状和直线状，其石墨化程度不佳，但粗产品纯度较高且抗氧化能力强；生长温度对纳米碳纤维的影响较大，当温度为600℃左右时能够制备出高产率、粗细均匀的纳米碳纤维；