激光法制备碳纳米管及碳包覆金属纳米颗粒的研究

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1、摘要碳纳米管和碳包覆金属纳米颗粒都是研究较多的碳纳米材料，在生物医学工程、催化、新能源等诸多领域显示出巨大的应用价值。本文利用毫秒脉冲激光辐照乙醇中的镍／炭黑混合靶，在常温常压的环境中成功制备了大量鱼骨状的多壁碳纳米管，并研究了碳纳米管的形成机制。结果表明，不同的碳源一石墨和炭黑一提供碳原子的能力是有差异的，激光作用到镍／炭黑靶上后会在靶上形成一个较大的镍碳蒸气羽区，并在其周围产生一个热影响区，碳纳米管在热影响区内生长。而激光作用镍／石墨靶形成的蒸气羽区较小，距离催化剂稳定存在的热影响区较远，起不到提供碳源的作用，也就不能形成碳纳米

2、管。利用炭黑为碳源所得到的鱼骨状碳纳米管扭曲度高，并有大量棱面在表面，有利于作为复合材料的添加剂进一步提高复合材料的力学性能。利用激光液相烧蚀法成功制各了碳包覆镍纳米颗粒。提出了在激光作用下碳包覆镍纳米颗粒的形成机制：高能量的激光作用在靶材上，使金属靶蒸发气化，进而使乙醇分解产生碳原子，碳原子与镍蒸气均匀混合后在周围液体的冷却和限制作用下塌陷、凝聚成溶有碳的镍液滴，随着进一步冷却，碳在镍中不断饱和析出，从而在镍表面形成包覆碳层。实验表明，此方法也可以用于其它核壳结构纳米材料的制备。关键词：毫秒脉冲激光；碳纳米管；碳包覆镍纳米颗粒AB

3、STRACTCarbonnanotubesandcarbonencapsulatedmetalnanoparticlesarepopularcarbonmaterials；theyshowpotentialapplicationsinmanyfieldssuchasbiomedicalengineering，catalysisandnewene唱y，etc．Inthisthesis，wesynthesizedmulti-walledcarbonnanotubesbymillisecondpulsedlaserablationinet

4、hanolunderambienttemperatureandpressureandthefo啪ationmechanismofcarbonnanotubeswasstudied．ThecapabilitiesofproVidingcarbonatomsaredif-ferentforcarbonblackandgraphite．Aslasera_blatesoncarbonblacl(／nickeltarget，ahugeVaporplumewasfornnedoVerthetargetwhichresultsinaheataff

5、ectedzonearoundtheplumeandproVidescarbonatoms，carbonnanotubescangrowintheheataf-fectedzonewherethenickelnanopanilceswerestableandcanserveascatalysts．Whilethevaporplumeproducedf．romgraphite／nickelta唱etwastoosmallandfarawayfromtheheataf．fectedzonewheretheca_talyStnanopar

6、ticlescanstablyexists，carbonnanotubescannotf．omundersuchacondition．Inaddition，carbonnanotubesproducedfromcarbonblackwereflexibleandwithmanydanglingcarbonatomsonthetubesuf．ace．whichisbenencialf．orcombinationasthecarbonnanotubesfomcompositeswimmatrixandimprovethemechanic

7、alproperrties．Carbonencapsulatednickelnanoparticles(CENPs)withhighpuritywerefal)ricatedbymicrosecondpulsedlaserablationofnickeltargetinethan01．ThesizeofCENPsvaries仔omtenstohundredsnanometers．andtheCENPsshowtwokindsoftypicalmorphology，i．e．，singlecarbonshellanddoublecarb

8、onshell．BasedontheTEMobser、r撕on，amechanismofCENPsf．0rmat．onwasproposed，thatis，laserilTadiationinducedthedecomposition