专业发展前沿

爆轰技术在纳米碳材料中的应用领域

爆轰法制备纳米材料是一种新颖的方法，处于专业 发展的前沿，在此主要介绍五种应用： 1、爆轰制备纳米金刚石
2、爆轰制备纳米石墨
3、爆轰合成纳米碳包覆金属 4、爆轰辅助气相沉积法制备富勒烯

5、爆轰制备碳纳米管

爆轰制备纳米金刚石
1、爆炸冲击法：是以石墨为前躯体，通过炸药爆炸产 生的冲击波压力及在其压力下产生的高温，使石墨发 生相变，转变为金刚石。
前景展望

在碳材料的制备方面，爆轰技术可以制备出纳米金刚石、纳 米石墨、纳米碳包覆金属、纳米碳管以及富勒烯等，涉及面 较广。利用爆轰技术具有温度高、压力大、速度快等独特优 势，这是其他制备方法难以同时兼备的。更重要的是由于碳 材料的熔点较高，利用爆轰技术制备无需耗费大量源，合成 效率高。爆轰合成技术可根据目标产物，通过调节炸药成分、 含量，优化爆轰参数，获得所需要的纳米碳材料。但由于炸 药爆轰过程复杂，属于瞬态的物理化学变化，爆温、爆压、 爆速等重要爆轰参数并不独立起作用，而爆轰参数对产物形 态有一定影响。由于目前无法对这些重要参数进行精确测试， 因而对纳米材料的合成需要通过大量实验与理论计算来弥补， 这对进一步探讨爆轰制备机理具有重要的意义。
爆轰技术的特点
炸药不仅在工程领域、军事领域应用广泛，在材料 合成领域也有广阔的发展前景。如利用炸药爆轰时 产生的高温高压，使添加的物质发生分解、裂解或 相变，破坏前驱物质的结构，所有原子或部分原子 之间重新组合，制备新型材料，这就是在纳米材料 制备中常用的爆轰法。由于爆轰法的反应速度快、 能量密度高、做功强度大，使其在众多纳米材料制 备方法中独树一帜。
专业发展前沿
爆轰技术在纳米碳材料制备中的应用进展
目录

简介 爆轰技术的特点 爆轰技术在纳米碳材料中的应用领域 前景展望



Байду номын сангаас介

近二十多年来，由于材料表征能力的提高，使人们可以直接观察 到纳米材料的结构与形貌特征，这为纳米材料的兴起与蓬勃发展 奠定了基础。如1985年发现了碳的球状结构，1991年日本科学家 发现的碳纳米管，属于一维量子材料，CNTs可能应用于纳米器 件和生物材料器件，特别是可溶性碳纳米管的发展，使关于 CNTs方面的探索成为当今的研究热点；1993年美国的发现碳包 覆金属纳米颗粒，有望提高某些金属与生物体之间的相容性，掀 起了碳纳米材料研究的热潮。碳元素的纳米单质材料已成为研究 的热点之一，如纳米金刚石、富勒碳、纳米碳管以及纳米石墨等。


爆轰法最先被用于纳米金刚石的研究开发，目前已 被推广到多种纳米材料的研究中，如纳米石墨、纳 米氧化铝、纳米氧化钛、纳米氧化铁、碳包纳米金 属、纳米氧化铈、纳米锰酸锂以及锰铁氧体（尖晶 石）等方面的研究。目前，爆轰法作为一种高效的 纳米材料制备方法，以反应速度快、效率高、节省 能源等自身独特的优点，为碳纳米材料的制备提供 了一种新的发展思路。


爆轰合成纳米碳包覆金属
碳包覆金属纳米颗粒的外壳是由碳层紧密环绕而形成 的包覆状金属颗粒，纳米金属粒子处于包覆结构的核 心位置，是一种类富勒烯碳填充金属颗粒形成的具有 核／壳结构的纳米材料。爆轰反应过程中，金属熔点 低，以液滴形式存在并凝聚到一起形成金属核。碳的 熔点高，爆轰后形成的大量碳原子吸附到金属核周围， 形成碳包覆结构。

爆轰辅助气相沉积法制备富勒烯
利用爆炸辅助的气相沉积法，将爆炸产生的气相碳簇 快速转移到温度相对比较低的环境中沉积，可合成出 Ｃ６０富勒烯。Ｃ６０的形成是气相碳簇在合适的沉 积温度下退火的结果。富勒烯的合成与气相碳簇沉积 温度密切相关，太高或太低的沉积温度都不能生成Ｃ ６０富勒烯。通过双釜爆炸装置，将爆炸后产生的高 温气相碳簇快速转移到温度相对比较低的环境中沉积， 成功地制备了Ｃ６０富勒烯。富勒烯的形成与沉积温 度密切相关，当沉积温度为０℃时，紫外光谱以及飞 行时间质谱检测表明，产物的甲苯抽提物中生成了Ｃ ６０富勒烯。
2、爆轰合成法：是以炸药为前躯体的制备方法，即在 爆轰瞬间的高温高压条件下，利用负氧平衡炸药在爆 轰时没有被氧化的碳原子，经过聚集、晶化等一系列 物理化学过程，形成纳米尺度的碳颗粒集团，其中包 括金刚石相、石墨相和无定形碳。用氧化剂除去非金 刚石的碳相，就得到纳米金刚石。
爆轰制备纳米石墨 1、爆轰合成球形纳米石墨：是以ＴＮＴ、ＲＤＸ和石 墨为原料，以水为保护介质和冷却剂，在爆炸容器内 引爆混合物并沉积，从而制备球形纳米石墨的方法。 2、爆轰裂解制备片状纳米石墨：主要利用石墨的层片 状结构，且在强氧化性酸溶液中（浓ＨＮＯ３或浓Ｈ ２ＳＯ４），强酸阴离子通过插层反应可插入片状石 墨层间，形成石墨层间化合物（ＧＩＣｓ）的特性。 同时利用炸药爆轰时可产生高温高压的特性，高温可 使ＧＩＣｓ瞬间分解，高压将层片石墨击碎，从而形 成纳米石墨薄片。将含有ＧＩＣｓ强酸性溶液中加入 炸药或配制成可爆液体炸后，在爆炸反应釜中引爆， 即可制备出片层厚度在纳米量级的石墨片。

爆轰制备碳纳米管
碳纳米管具有一定长度，而爆轰过程具有反应及放热 速度快等特点，因而碳纳米管的制备中常采用加热引 爆的方式获取。碳纳米管按照石墨烯片的层数分类， 可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。将苦味酸（Ｐ Ａ）、醋酸钴［Ｃｏ（ＡＣ）２］和石蜡混合，并在 其中添加催化剂，放入密封炉 中加热，通过控制加热 速度来控制反应参数，使混合物在容器内加热后发生 爆炸反应，生成外形似竹节状的碳纳米管。