[发明专利]一种利用等离子体制备纳米碳粉的方法

说明书

本发明公开了一种利用等离子体制备纳米碳粉的方法，该方法中采用负电晕放电方式产生等离子体，将HCN、C₂H₂等含碳的小分子气体通入等离子体反应器中进行反应，利用等离子体产生的高能电子与HCN、C₂H₂发生反应，将HCN、C₂H₂等含碳的小分子气体最终转化生成碳粉；等离子体反应器处理后气体排空，在等离子体反应器上收集纳米碳粉；本方法制得的纳米碳粉粒径分布均匀、性能稳定，工艺设备简单、成本低，操作便宜，适合于工业生产。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，具体涉及一种利用等离子体制备纳米碳粉的方法。

背景技术

纳米材料是指颗粒尺寸为纳米量级（0.1nm～100nm）的超微粒子（纳米微粒）及由其聚集而成的纳米固体材料，其处于原子簇和宏观物质交界的过渡区域，是由数目很少的原子或分子组成的聚集体。由于纳米粒子具有壳层结构，粒子的表面原子占很大比例，并且是无序的类气状结构，而在粒子内部则存在有序-无序结构，这与体相样品的完全长程有序结构不同。当粒子的尺寸进入纳米量级时，微粒内包含的原子数仅为100～10000个，其中有50%左右为界面原子，纳米尺度空间所涉及的物理层次，是既非宏观又非微观的相对独立的中间领域，被人称之为介观研究领域。它是在纳米空间尺度内操纵原子和分子，对材料进行加工，制造具有特定功能的产品或对某物质进行研究，掌握其原子和分子的运动规律和特性的新的高技术科学，同时也是现代科学(分子生物学、混沌物理、量子力学、介观物理)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物。纳米微粒的微小尺寸和高比例的表面原子数使其产生了小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等性质，在光学、热学、磁学、力学等方面均显示出许多奇异的特性。科学工作者运用多种手段和方法对其性能进行了广泛的研究，取得了一系列重大成果。

纳米碳材料的合成和应用有着300多年的悠久历史，根据国家纯粹与应用化学联合会（IUPAC）有关定义，多孔碳材料按照其孔径尺寸的大小分为三类：孔径小于2nm的称为微孔材料；孔径大于50nm的称为大孔材料；孔径位于2nm～50nm之间的称为介孔材料。纳米碳材料具有良好的化学稳定性、高机械强度、良好的导电性、丰富的孔隙结构等优异的物理化学性质，而富勒烯和碳纳米管的发现，使得材料科学随着碳材料价值的发现已成为一个热门领域，引起科学家的广泛关注，但仍存在许多尚未解决的问题，阻碍了纳米材料在现实生活中的应用。

目前人们已经开发出多种制备纳米碳颗粒的方法，主要有机械球磨法、电弧放电法、激光热解法、离子束溅射法、化学气相沉积法、激光液相法等。

CN 201510940463.0公开了一种纳米碳粉制备方法，通过将酚醛树脂与乙醇、催化剂按照一定比例混合，配制出碳树脂先驱体溶液，利用该先驱体在密闭容器内升温在高温及乙醇饱和蒸汽压共同作用下交联固化，碳树脂先驱体在过量乙醇中固化生成交联结构的纳米溶胶，然后在常压高温碳化处理得到纳米级碳粉。CN 200310100468.X公开了一种纳米碳粉制备方法，该方法以大功率激光为反应能源，以C₂H₂为反应气，以C₂H₄为光敏气，先后进入充满惰性气体的反应室，在激光照射下发生气相热解反应，生成纳米碳。

目前由于纳米材料制备成本太高，一般需要在特殊工艺下才能生成，同时存在团聚、性能不稳定、粒度分布不均匀，收集难度大等问题，严重制约着纳米材料的应用。寻求新的合成技术和方法，是从事纳米材料研究者迫切需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用等离子体制备纳米碳粉的方法，该方法利用高压放电在电极板上制备纳米碳粉，方法使用设备简单，制得的纳米碳粉粒径分布均匀、性能稳定。

本发明通过如下技术方案实现的本发明目的：