球磨方式对多壁碳纳米管形貌和结构的影响 (2012年)

对多壁碳纳米管(MWNTs)分别进行干式球磨和湿式球磨,采用TEM、XRD、XPS和Raman光谱等方法分析球磨对MWNTs形貌和结构的影响。结果表明:MWNTs在磨球的冲击作用下产生弯曲、扭结,形成结构缺陷;MWNTs容易在缺陷处断裂,产生大量敞开的断口,这些断口形态可发生转化;与干式球磨比较,湿式球磨后MWNTs的长度较平均,多数端部处于敞开状态,且其结构的损坏程度较小;MWNTs的分散状态及其断口结构的稳定性是影响球磨效果的重要因素。 ### 球磨方式对多壁碳纳米管形貌和结构的影响 #### 一、研究背景及意义 自从1991年Iijima首次报道了碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）的存在以来，这种由碳原子构成的独特纳米结构因其卓越的光学、电学以及力学性能而受到了广泛的关注。CNTs是一类由石墨烯片层卷曲而成的无缝、中空的纳米管状结构，其独特的性质使其在物理学、化学和材料科学等多个领域成为研究热点。 然而，由于CNTs的特殊结构，它们容易在范德华力的作用下形成团聚体，并且其端部通常处于封闭状态，这导致CNTs难以与其他物质进行良好的相互作用。因此，如何提高CNTs的分散性和化学活性成为了制约其广泛应用的一个关键问题。 #### 二、研究方法及目的 为了解决CNTs的分散性问题，本研究采用了两种不同的球磨方式——干式球磨和湿式球磨，来探究不同球磨条件对多壁碳纳米管（Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWNTs）形貌和结构的影响。具体来说，研究团队通过透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）、X射线衍射（X-ray Diffraction, XRD）、X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）以及拉曼光谱（Raman Spectroscopy）等现代分析技术，详细考察了球磨过程中MWNTs的微观结构变化。 #### 三、研究成果 1. **球磨过程中的结构变化**： - 在球磨过程中，MWNTs受到磨球的冲击作用，导致其产生弯曲和扭结现象，从而形成了新的结构缺陷。 - 这些缺陷处容易出现断裂现象，产生大量的敞开断口，这些断口的形态可能会随着进一步的处理而发生变化。 2. **干式球磨与湿式球磨的对比**： - 经过干式球磨处理后的MWNTs长度不均匀，且多数端部处于封闭状态，表明干式球磨对MWNTs的结构损害较大。 - 相比之下，湿式球磨处理后的MWNTs长度更为均匀，且多数端部处于敞开状态，这意味着湿式球磨对于保持MWNTs结构完整性更为有利。 3. **影响因素分析**： - 研究还指出，MWNTs的分散状态及其断口结构的稳定性是影响球磨效果的关键因素。湿式球磨过程中使用的介质有助于改善MWNTs的分散性，并促进了新端口形态的演化。 #### 四、结论 本研究通过对MWNTs进行干式球磨和湿式球磨处理，并利用多种现代分析手段对其形貌和结构的变化进行了系统研究。结果显示，湿式球磨不仅能够有效地切割MWNTs，还能够较好地保持其结构的完整性和端部的开放性，这对于改善MWNTs的分散性和化学活性具有重要意义。这一发现为未来CNTs的工业应用提供了新的思路和技术支持。