1、近年來(lái),關(guān)于納米碳纖維的研究已經(jīng)引起人們的廣泛興趣。納米碳纖維由于其在尺度上的原因,使得碳纖維表現(xiàn)出量子效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)等。在宏觀上具有低密度、高比模量、高比強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、比表面積大等特性,并且在催化劑和催化劑載體、鋰離子二次電池陽(yáng)極材料、雙電層電容器電極、高效吸附劑、結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料、場(chǎng)發(fā)射電子材料等方面具有很大的應(yīng)用潛力。尤其是螺旋碳纖維以其獨(dú)特的螺旋結(jié)構(gòu),使其具有比直纖維更加優(yōu)異的特性和應(yīng)用前景。
　　 在本文中,首先利用不

2、同的制備方法制備了具有不同粒徑分布和不同形貌的金屬銅及其氧化物的催化劑,并且利用這些催化劑分別在不同條件下進(jìn)行了碳纖維的合成實(shí)驗(yàn)。研究了不同成分、粒徑和形貌的納米金屬催化劑對(duì)碳纖維的產(chǎn)量和形貌的影響;考察反應(yīng)溫度對(duì)碳纖維生長(zhǎng)形貌和產(chǎn)量的影響;利用氫氣對(duì)納米金屬顆粒表面的重構(gòu)和催化還原作用,研究了氫氣對(duì)納米金屬銅和氧化物的預(yù)處理作用對(duì)碳纖維的產(chǎn)量和形貌的影響;通過(guò)對(duì)納米直纖維和螺旋碳纖維的透射電鏡照片分析,研究了直纖維和納米螺旋碳纖維的生

3、長(zhǎng)機(jī)理。主要結(jié)果如下:
　　 (1)無(wú)論采用金屬銅、氧化亞銅還是氧化銅作為反應(yīng)的催化劑都能制備出直纖維和螺旋碳纖維的混合物。由此得出,采用還原性氣體乙炔作為碳源進(jìn)行碳纖維的生長(zhǎng)時(shí),金屬納米催化劑在沉積的過(guò)程中會(huì)發(fā)生還原的過(guò)程。但是不同成分的催化劑在碳纖維的產(chǎn)量上有差異,催化劑中的氧的含量會(huì)增加碳纖維的脫氫量和產(chǎn)量。粒徑和形貌在對(duì)碳纖維生長(zhǎng)形貌上表現(xiàn)出同向的作用,但是粒徑的影響為主要的。當(dāng)粒子的某一維尺寸在100nm以下時(shí)催化生長(zhǎng)

4、螺旋碳纖維,較大尺寸的催化劑催化合成直線型碳纖維。
　　 (2)反應(yīng)溫度對(duì)碳纖維的形貌產(chǎn)生影響。溫度作為吸附沉積的活化能,直接影響到纖維的產(chǎn)量和生長(zhǎng)速率。在本文中,研究了碳纖維生長(zhǎng)過(guò)程中的溫度,得到350℃時(shí)達(dá)到最佳的碳纖維產(chǎn)量。并發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高,碳纖維的純度有所提高。
　　 (3)利用氫氣對(duì)催化劑成分和顆粒表面的修飾作用,研究了碳纖維的產(chǎn)量和形貌上的變化,在本文中,氫氣的預(yù)處理能夠還原催化劑為銅,得到更加純凈的碳纖

5、維,但是對(duì)形貌的影響不大。氫氣在金屬氧化物催化劑的產(chǎn)率上存在著抑制作用,對(duì)銅催化劑的影響不是很明顯。
　　 (4)通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和電鏡照片觀察,對(duì)直纖維和納米螺旋碳纖維的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了探討,認(rèn)為金屬銅催化劑顆粒的各向異性是碳纖維能夠夠以螺旋形貌的根本原因。以同一個(gè)催化劑顆粒生長(zhǎng)的螺旋碳纖維之間夾角一般為70°或110°。
　　 (5)通過(guò)碳纖維IR圖譜分析得出,碳纖維并不是簡(jiǎn)單的聚乙炔結(jié)構(gòu),會(huì)發(fā)生不同程度的氧化。碳纖維對(duì)