激光加工制备新型碳纳米材料初步研究

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1、激光加工制备新型碳纳米材料初步研究ThePreliminaryStudyonthePreparationofNewCarbonNanomaterialsbyLaserProcessing专业名称指导教师姓江苏大学二O一四年六月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。

2、本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：桶慧锻砂l十年占月CD日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布

3、(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密口。学位论文作者签名：搦慧锻训Cc降6月(0日指导教师签名：‘研1≥勺f啦年占月I口日江苏大学硕士学位论文摘要新型碳纳米材料因其特有的结构以及优异的性能，在现代高科技领域具有广阔的应用前景，利用低廉的碳材料制备新型碳纳米材料一直是人们追逐的目标。与传统制各方法相比，激光因具有高压、高能、超快等特点，在常温常压下很容易实现碳材料相变所需的高温高压条件。本文以传统碳材料(石墨)为研究对象，采用不同的实验方法，对激光加工制备新型碳纳米材料(超细纳米金刚石、石墨烯、碳纳米角)进行

4、了初步研究，讨论了不同实验条件下新型碳纳米材料的形成机理。论文研究的主要结论如下：(1)以大粒径(300re)鳞片石墨颗粒为原料，在液相中，利用高功率脉冲激光冲击循环在水介质中的石墨颗粒悬浮液，合成了超细纳米金刚石。并从物理学、热力学以及动力学方面分析了其形成条件。研究结果表明：激光冲击过程中产生的高温、高压、高密度碳等离子体为金刚石的形成提供了热力学条件；热力学方面，在等离子体的温度和压力范围内，金刚石的平衡尺寸、临界形核半径以及形核能都比较小，有利于超细纳米金刚石的形成；动力学方面，在液相中，高功率纳秒激光能够形成大的过冷度

5、，有利于提高晶核生长速度，但是晶核生长时问极短，限制了金刚石的进一步长大；纳米金刚石的形成包括形核和长大，是一个由固体一气体一液体一固体的转变过程。(2)在同样的实验条件下，以小粒径(5岬)鳞片石墨颗粒为原料，研究了石墨原料对实验结果的影响，制备出了新型石墨烯片层结构。研究结果表明：石墨烯的形成过程经历了蒸发、凝聚和沉积的过程，蒸发出的碳原子在相互碰撞过程中，在原子力作用下相互连接，首先形成离散的石墨烯形核区，在随后的冷却过程中，长大形成石墨烯层状结构，并沉积成多层石墨烯：石墨粒径大小对激光加工制备碳纳米材料有很大影响。对于高功

6、率脉冲激光，粒径较大的石墨颗粒有利于纳米金刚石的生成，而粒径较小的石墨颗粒容易被击穿，形成高温、高压、高密度的碳等离子体的产率很低，不利于高压相产生。(3)以微晶石墨固体靶材为原料，在气相中，利用高功率C02连续激光烧蚀心气中的石墨靶材，制备出了dahlia型碳纳米角，并对两种不同激光输出功率(2000W、3000w)下的产物进行了对比分析。研究结果表明：相比之下，激光输出功率为3000W激光加工制备新型碳纳米材料初步研究时，生成的dahlia型碳纳米角聚集体直径较大，且角状突出物比较长，纯度较高；在较高的激光输出功率下，气态羽

7、区的最高温度保持的时间相对较长，碳原子的碰撞机率增加，为碳纳米角的生成提供了更好的条件。关键词：高能激光；激光加工；石墨；新型碳纳米材料II江苏大学硕士学位论文ABSTRACTThenewcarbonnarlo—materialshavefoundbroadapplicationprospectsinmodemhi曲·techfieldsattributingtotheiruniquestructuresandoutstandingperformances．Howtorealizingthetransformationfromt

8、raditionalcarbonmaterialstonewcarbonmaterialshasalwaysbeenthecriticalissueintheareaofpreparationoffunctionalmaterials．ComparedwitIl