现代物理实验
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：利用电弧放电法制备纳米碳管实验实验心得体会：纳米碳管作为一维纳米材料，重量轻，六边结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年来随着纳米碳管及纳米材料的深入研究，其广阔的应用前景也不断地展现出来。SWNTs与MWNTs相比，由于其是由单层圆柱型石墨层构成，直径大小的分布范围小，缺陷也少，因而具有更高的均匀一致性。而DWNTs的结构介于SWNTs和MWNTs之间。催化剂对电弧放电制备纳米碳管的影响：以Fe为催化剂，利用电弧放电的方法可以制备SWNTs，而在没有催化剂的情况下，利用电弧放电法可制备多壁碳纳米管。用FeS作为阳极，石墨作为阴极，可以制备双壁管。文献指出，制备DWNTs的催化剂FeS中的的S元素被认为可以促进纳米碳管生长、扩大纳米碳管管径和壁厚的辅助元素，而S元素辅助增加壁厚的作用与H2的刻蚀作用相抵消，从而导致了DWNTs的出现。实验现象观察：实验中，抽真空完成时，气压为5.1Pa，接着充入0.015MpaAr2和0.01MPaH2，设置的放电电流为90A，电压设置值在25〜26V。通过观察放电现象，可以看到进行电弧放电反应时，有绿色的弧光出现，由于上下两个电极没有对齐，可以观察到圆弧有一定的弯曲，当适当调整两电极间的距离，电弧形状出现了好转。在放电过程中，由于阳极棒有部分高温蒸发导致电极缩短，需要及时调整阳极与阴极的距离，保证电弧的连续性。电弧放电过程中，使用含有氢气的气氛为缓冲气体可提高阳极的蒸发速率，同时氢气经电离后能刻蚀具有sp3杂化形式的碳原子，从而减少产物中的无定形碳的含量，同时，由于利用电弧放电法制备纳米碳管的过程中，会有富勒烯的产生，有文献中也指出，利用利用氢气可以抑制产物中富勒烯的产生。实验结果观察：通过观察TEM图可以发现，SWNTs管束表面覆有的无定形碳量较少，说明产物较为纯净，而且管束直径大小相对均匀。由于SWNTs之间范德华力相对较强，通过TEM图，还可以观察到SWNTs出现了多管并排的现象。而观察MWNTs以及DWNTs的TEM图，并没有发现此类现象。通过观察碳纳米管的SEM图，可以看到在碳纳米管的两端会出现金属催化剂颗粒。由于单壁纳米碳管具有良好的电子传导性能，合理的孔径结构以及优异的抗腐蚀性能，其可以作为燃料电池的电极催化剂载体，直接应用到电池上。同时由于SWNTs具有较高的储氢容量，是一种极具潜力的新型储氢材料。由于MWNTs以及DWNTs与SWNTs之间有不同的结构特点，因此，实验制备的纳米碳管，可以根据自身特点应用在电学、力学以及催化剂领域。
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