激光轰击水中悬浮石墨颗粒合成纳米金刚石的研究

摘要

本文采用脉冲激光轰击循环水中悬浮石墨颗粒的方法合成了纳米金刚石,并且对金刚石的合成工艺、提纯工艺、纳米金刚石的形成机理以及碳颗粒大小和相结构对合成的影响进行了研究. 利用超声波震荡器将石墨颗粒分散于水中,并且用水泵将悬浮液循环起来.采用Nd:YAG脉冲激光轰击循环水介质中的石墨颗粒,然后通过对激光轰击后的产物进行提纯得到纳米金刚石. 通过碳原料在空气中的热失重研究发现空气氧化法不能够提纯纳米金刚石,而酸洗氧化实验结果表明采用纯高氯酸煮沸样品能够有效提纯纳米金刚石. 透射电子显微镜的研究结果表明,纳米金刚石的合成是一个液化形核长大过程,而不是固态相变.石墨颗粒被激光融化后形成团絮结构,纳米金刚石在团絮结构表面形核长大. 纳米金刚石的合成受到碳颗粒大小和相结构的影响:石墨颗粒大小影响较大,颗粒细小的微晶石墨比颗粒较大的鳞片石墨更容易合成纳米金刚石； 而碳黑颗粒的乱层结构在本实验条件下趋于向石墨结构转变,不能够合成纳米金刚石.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1人造金刚石合成工艺

1.2纳米金刚石概述

1.2.1纳米金刚石的特性

1.2.2纳米金刚石的应用

1.2.3纳米金刚石的合成

1.3激光轰击固态碳材料合成金刚石

1.3.1气体介质法

1.3.2液固界面法

1.4激光轰击液体中固态碳材料研究进展

1.4.1激光轰击固定在液体中的石墨靶

1.4.2激光轰击分散于液体中的碳颗粒

1.5人造金刚石提纯工艺

1.6课题创新之处和来源

第二章纳米金刚石合成和提纯研究

2.1实验原料与设备

2.1.1原料与化学试剂

2.1.2设备与仪器

2.2纳米金刚石制备工艺

2.2.1合成工艺的设计

2.2.2合成工艺的改进

2.3纳米金刚石提纯工艺

2.3.1空气氧化法的研究

2.3.2酸洗氧化法的研究

第三章纳米金刚石表征和合成机理研究

3.1纳米金刚石表征研究

3.1.1拉曼光谱(Raman)表征

3.1.2 X射线衍射(XRD)表征

3.1.3高分辨透射电镜(HREM)表征

3.1.4小角X射线散射(SAXS)表征

3.2纳米金刚石的合成机理

3.2.1液化形核长大机制

3.2.2合成的三个关键因素

3.2.3金刚石形成过程推演

第四章金刚石合成的影响因素研究

4.1碳颗粒大小和相结构的影响

4.1.1对比实验结果

4.1.2影响机理分析

4.2其它影响因素研究展望

4.2.1激光源的影响

4.2.2水介质的影响

4.2.3悬浮液的影响

第五章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢