[发明专利]一种用于研究碳纳米管生长的实验装置及方法

权利要求书

1.一种用于研究碳纳米管生长的实验装置，包括燃烧器(1)，用于产生层流火焰；其特征在于：还包括催化剂基板(2)、气缸(4)和测温装置，所述催化剂基板(2)安装在气缸(4)的活塞杆上，能够在火焰上往复运动；所述气缸(4)的进气管道和出气管道通过双向电磁阀(5)与氮气瓶(8)连接，用于控制所述活塞杆运动；所述测温装置用于检测火焰温度并实时显示；还包括信号发生器(6)，所述双向电磁阀(5)通过信号发生器(6)控制其阀芯动作；所述气缸(4)安装在升降台(7)上，该升降台(7)能够在竖直方向上调节高度。

2.根据权利要求1所述的一种用于研究碳纳米管生长的实验装置，其特征在于：所述催化剂基板(2)通过自锁镊子(3)安装在气缸(4)的活塞杆上。

3.根据权利要求1所述的一种用于研究碳纳米管生长的实验装置，其特征在于：所述催化剂基板(2)为铜板或泡沫镍；在铜板或泡沫镍涂覆硝酸镍作为催化剂。

4.根据权利要求1所述的一种用于研究碳纳米管生长的实验装置，其特征在于：所述燃烧器(1)主要由外管(15)和内管(16)组成，内管(16)用于燃料流出，外管(15)用于喷射氧化剂；该燃烧器(1)通过滑套(18)与光学平台(19)上的导柱(17)滑动连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于研究碳纳米管生长的实验装置，其特征在于：所述升降台(7)为剪式升降台，在升降台(7)外侧设置标尺，作为高度调节基准。

6.根据权利要求1所述的一种用于研究碳纳米管生长的实验装置，其特征在于：通过CCD相机进行火焰图像采集，并通过高速摄像机标定催化剂基板(2)的采样时间。

7.一种用于研究碳纳米管生长的实验方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的实验装置进行试验，其过程为：

步骤1、选取铜板或泡沫镍作为基板材料，在基板上涂覆催化剂，制备催化剂基板(2)；

步骤2、将预先制备的催化剂基板(2)固定在自锁镊子(3)上，调节剪式升降机(7)设置取样高度；

步骤3、调节燃料和氧化剂的质量流量计，形成稳定的层流扩散火焰，用于提供合成碳纳米管所必需的碳源和热源；

步骤4、调节信号发生器(6)设置取样时间，使气缸(4)上的自锁镊子(3)夹持着催化剂基板(2)按设定时间进出火焰，在热泳力作用下采集催化合成的碳纳米管；

步骤5、重复上述步骤2、步骤3和步骤4，采集不同取样时间、不同取样高度下催化剂基板上生成的碳纳米管，并进行编号；

步骤6、进行样品表征前预处理，将样品溶解在无水乙醇中，使用超声波将粉末分散成悬浮液，然后用移液枪将悬浮液滴定在载玻片上并干燥；

步骤7、样品表征分析，使用场发射扫描电子显微镜表征所制备碳纳米管的形貌，X射线衍射用于研究制备样品的晶体结构，通过低倍透射电子显微镜研究单个碳纳米管的结构。

8.根据权利要求7所述的一种用于研究碳纳米管生长的实验方法，其特征在于：步骤1中催化剂基板的制备流程为：①配制1mol/L的硝酸镍溶液；②基板材料预处理：切割铜片，用金相砂纸将工作面打磨光滑，放于酒精试管中超声振荡，然后将铜片取出在烘箱干燥；③将配制好的硝酸镍溶液滴定在预处理基板上，在烘箱中干燥，形成催化剂基板。