《納米碳同素異形體電爆炸合成機理研究》是依託南京理工大學，由王金相擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米碳同素異形體電爆炸合成機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王金相
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
富勒烯（C60）、碳納米管等納米碳材料具備獨特的物理化學性能和力學性能，在物理、化學、生命科學、醫學等許多領域具有較高的套用價值。本項目針對上述碳納米材料的電爆炸合成機理開展研究。主要研究內容包括：1. 針對典型納米碳材料的同素異形體開展其分子結構重構條件的研究；2. 不同參數條件下（脈衝高壓放電參數、材料特性、尺寸特徵、氣氛環境等）納米尺度碳同素異形體的製備試驗研究，探索相關參數對產物及產物微觀結構特徵的影響；3.納米尺度碳同素異形體形成細觀機理研究及製備參數最佳化分析。通過本項目的研究，建立較為完整的電爆條件下納米碳同素異形體的形成機制、微觀結構演化機理，並將定性描述相關因素對納米碳同素異形體產物及產物微觀結構特徵等的影響關係。其中在考慮電爆炸引起的高溫高壓效應的基礎上微觀角度的多參數分子重構條件計算模型的建立和分子構形演化模型及數值計算方法是本項目的主要創新之處。
結題摘要
石墨烯、碳包覆金屬顆粒等新型碳納米材料具備獨特的力學、磁學、電學、熱學及光學性能，在國防科技、生物醫學、電子工業、新能源等許多領域顯示出的巨大潛在套用前景。本項目針對上述碳納米材料的電爆炸合成機理展開研究，主要研究內容及結論包括：1. 研製了一種用於納米粉體製備及其過程量探測的電爆炸實驗和測試系統。該系統能夠實現對介質環境、電路參數以及爆炸絲材料參數的有效控制。同時還能夠對電爆炸過程中的脈衝電流、電壓以及爆炸衝擊波進行有效的測試，為理論模型的建立提供充分的實驗依據。2. 通過對氣化開始之後電流分布特徵、壓力分布特徵以及不穩定性發展特徵的分析，揭示了電爆炸的基本過程及其形成機理，並將電爆炸過程分為三個階段：穩定加熱及相變階段、氣化和爆炸形成階段以及爆炸產物擴散冷凝階段，為電爆炸實驗參數的選擇和爆炸產物形成過程分析提供理論指導。3. 通過石墨水下電爆炸方法成功製備了多層石墨烯材料，利用金屬絲在有機溶液中的電爆炸製備出不同種類的碳包覆金屬納米粉體，並通過透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射儀（XRD）以及拉曼光譜儀對爆炸產物的形貌以及成分進行了表征。證明了電爆炸方法在新型碳納米材料及碳包覆金屬納米材料製備方面的可行性。4.通過金屬絲在有機液體中的電爆炸實驗分析了介質環境、電路參數以及爆炸絲材料特徵三大因素在電爆炸過程中所起的作用。結合水的模態沸騰和氣泡脈動現象揭示了液體介質環境下爆炸發生後的特殊冷凝成型過程。5.建立了電爆炸條件下納米碳同素異形體的形成機制及微觀結構演化機理。通過本項目的研究，建立了較為完整的電爆炸條件下的碳納米材料及碳包覆金屬納米材料的形成機制，對於拓寬電爆炸法在納米材料製備方面的套用和提高產品質量具有重要的工程研究意義。同時，本項目還涉及到電磁學、熱力學、材料學等學科內容的研究，促進了上述學科的交叉與融合，故還具有重要的科學研究意義。
