微納尺度螺旋纖維的制備及其生長(zhǎng)機(jī)理研究

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1、ClassifiedIndex：0481．3U．D．C：621．38SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationIUllIIIIIIIIlUIIIIIIIIIUllIIIIlY2576915PreparationandGrowthMechanismsofMicro—-orNano．．scaledHelicalFibersGrade：2008Candidate：XianJianAcademicDegreeAppliedfor：Ph．D．Specialty：MaterialsScienceSupervisor：Prof．Zuow

2、anZhouAugust2013西南交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)西南交通大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)印手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1．保密口，在年解密后適用本授權(quán)書；2．不保密4適用本授權(quán)書。(請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打‘‘√”)學(xué)位論文作者簽名：簡(jiǎn)凝指導(dǎo)老師簽名：日期：工。哆年8國(guó)弓。日日期：三。f弓豐艿月弓。日西南交通大學(xué)博士學(xué)位論文創(chuàng)新性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，

3、是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確的說明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。本學(xué)位論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：(1)在針對(duì)納米銅催化乙炔制備螺旋纖維的研究中，闡明了催化劑前驅(qū)體分解得到納米銅晶體的生長(zhǎng)規(guī)律，提出基于不對(duì)稱配位聚合的螺旋纖維生長(zhǎng)新機(jī)理。(論文第2、3章)(2)發(fā)現(xiàn)通過氣體誘導(dǎo)前驅(qū)體分解，可以對(duì)納米銅催化劑的形貌和催化活性進(jìn)行調(diào)控，并可用于選擇性催化乙炔通過配位聚合原位合成高純度線形或螺旋形納米聚合物纖維。(論文第4章)(3

4、)提出了基于氣體調(diào)控的納米鎳催化劑可控制備及其催化合成多種形態(tài)螺旋碳纖維的新方法，發(fā)現(xiàn)了微米尺度螺旋碳纖維的“孿生”結(jié)構(gòu)。(論文第5章)(4)通過在T—ZnO負(fù)載納米銅催化劑，制備了螺旋聚合物纖維／T．ZnO雜化結(jié)構(gòu)及四針狀多孔螺旋纖維，發(fā)現(xiàn)四針狀多孔螺旋纖維具有良好的電磁波損耗性能。(論文第6、7章)學(xué)位論文作者簽名：筒餐日期：2．0I弓私用如日西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第1頁(yè)摘要螺旋結(jié)構(gòu)賦予材料獨(dú)特的物理和化學(xué)性能，如超彈性、高比強(qiáng)度、手征性和電磁交叉極化特性等。隨著納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多種尺度的螺旋結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)或人工合成出來，其中螺旋纖維是最早被發(fā)現(xiàn)并受到持續(xù)高度關(guān)注的一類

5、新材料。盡管人們可以通過合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)溫度、催化劑成份和原料配比等工藝條件，獲得不同尺度和多種形貌的螺旋纖維，但要實(shí)現(xiàn)其精確調(diào)控還需要進(jìn)行更多深入系統(tǒng)的研究，特別是螺旋纖維的生長(zhǎng)機(jī)理和多層次結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制等基礎(chǔ)性學(xué)術(shù)問題，亟待從理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面取得實(shí)質(zhì)性突破。本論文針對(duì)這兩方面的問題，以微納尺度螺旋纖維為研究對(duì)象，通過理論上的模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方法上的系統(tǒng)研究，在納米Cu和納米Ni這兩種有代表性的納米催化劑晶體生長(zhǎng)、可控制備、催化機(jī)理與活性調(diào)控等方面開展了系統(tǒng)研究，深入探究和分析了微納尺度螺旋纖維的生長(zhǎng)機(jī)理，為實(shí)現(xiàn)螺旋纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)、微觀形貌、尺度分布、理化性能等本征特性調(diào)控，以及螺

6、旋結(jié)構(gòu)的功能化設(shè)計(jì)和應(yīng)用開發(fā)奠定學(xué)術(shù)基礎(chǔ)。(1)采用沉淀法制備了酒石酸銅納米顆粒，通過熱失重(TG)和示差掃描量熱儀(DSC)表征了作為納米銅催化劑前驅(qū)體的酒石酸銅，發(fā)現(xiàn)其分解歷程包括脫結(jié)晶水階段(I)和酒石酸銅分解階段(II)。通過設(shè)置系列升溫速度，研究了酒石酸銅的熱分解動(dòng)力學(xué)過程，采用Flynn—Wall—Ozawa法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出上述兩個(gè)階段的熱分解機(jī)理函數(shù)分別為過程(I)：G(0【)=1一(1一c【)¨3和過程(II)：G(a)=lna2(a<0．5)；(1．01)。1(a>0．5)，其熱分解活化能分別為94．24和177．33kJ／mol。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了反應(yīng)條

7、件對(duì)納米銅催化劑的影響，發(fā)現(xiàn)調(diào)控升溫速率小于5。C／min，分解溫度在271℃時(shí)，在惰性氣氛Ar或者N2中，酒石酸銅粉末分解得到的納米銅相對(duì)較大，基本為橢球體形；而在H2氣氛中制備的納米銅存在大尺寸及小尺寸兩種Cu顆粒。(2)系統(tǒng)研究了酒石酸銅分解生成納米銅及其催化乙炔原位生長(zhǎng)制備納米螺旋纖維的過程和條件，采用多種現(xiàn)代儀器分析技術(shù)研究了納米銅催化劑在螺旋纖維生長(zhǎng)前后的晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌演變規(guī)律及其催化制備的納米纖維多層次結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，在271℃、乙炔氣氛條件下，酒石