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《激光法制備碳質(zhì)納米材料.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、萬方數(shù)據(jù)第23卷第l期2008年3月新型炭材料NEWCARBONMATERIALSV01．23No．1Mar．2008文章編號：1007—8827(2008)01啪86J09激光法制備碳質(zhì)納米材料孫詈，胡勝亮，杜希文(天津大學材料科學與T程學院，天津300072)摘要：通過介紹在氣體和液體介質(zhì)中激光與固體材料相互作用的過程，評述了激光在不同介質(zhì)中發(fā)生物理化學現(xiàn)象的差異。與氣相中相比，激光沖蝕液體中固體材料產(chǎn)生的氣態(tài)等離子區(qū)受到了液體限制，在該區(qū)域會產(chǎn)生更高的氣態(tài)密度、溫度和壓力，適合于亞穩(wěn)相納米晶的合成。同時評述了激光制備碳基納米材料的進展。激光在氣相和液相中均可制得碳納米管
2、，氣相中適于制備結構完整的碳納米管，而液相中有利于納米金剛石的合成。激光沖蝕液體中的石墨靶制備的納米金剛石粒徑較大，輻照石墨懸浮液工藝不僅可以獲得超細的納米金剛石還可以獲得線型碳。激光法制備的碳基納米材料具有尺寸小、純度高和形狀多樣性，在未來有著廣泛的潛在應用價值。關鍵詞：激光；制備；納米材料；納米金剛石；碳納米管中圖書分類號：TQl27．1+l文獻標示：A1前言隨著納米材料和技術的發(fā)展，特別是高新技術領域如信息產(chǎn)業(yè)、功能涂層、防偽和生物醫(yī)藥等方面的發(fā)展，對納米材料的品質(zhì)提出了新的要求：(1)粒徑不大于10nm，均一、單分散，能充分發(fā)揮納米材料潛在的尺寸效應、表面效應和量子效
3、應；(2)形狀可控和多樣性，同種材料除球形以外，還要有片、棒、絲和管等；(3)高純，對光、電特性的納米材料尤為重要；(4)分子水平的均勻包覆(核一殼結構)和摻雜。激光法制備納米材料于20世紀80年代問世以來，其產(chǎn)品品質(zhì)能很好地適應納米材料的新要求。隨著紫外光、可見光、紅外及可調(diào)頻率激光器的商業(yè)化和結構的簡化，極大地擴展了激光法對氣體、液體和固體物的選擇范圍，降低了激光法成本、提高了粉產(chǎn)率，改變了人們對激光法初期“設備貴、工藝復雜、產(chǎn)率低、成本高”的認識，在納米材料的市場上表現(xiàn)出很高的性能／價格比，地位日顯重要¨J。根據(jù)介質(zhì)的不同，激光法制備碳基納米材料分為兩類：一類是在氣相或
4、真空中，如激光法沉積金剛石薄膜(或類金剛石薄膜)和激光蒸發(fā)制備納米碳管口’1糾；另一類是在液相中，如激光沖蝕液面下的碳靶或炭顆粒制備納米金剛石¨}16]。在氣相中，激光作用到固體靶上會形成一個氣固界面；而在液相中，激光與浸沒在液面下的固體靶相互作用情況要復雜得多。近年來，人們用各種技術手段對激光照射液體中同體靶的物理化學現(xiàn)象進行研究，并取得了很大進展Ⅲ洲，總結這些研究成果將有助于理解和應用激光與炭材料乃至其他材料相互作用的物理化學過程。為此，筆者通過分析激光在不同介質(zhì)與固體材料相互作用的基本物理化學現(xiàn)象，評述了激光法制備碳基納米材料的研究現(xiàn)狀及存在的問題。2激光與固體材料的相
5、互作用2．1氣相介質(zhì)從20世紀60年代用紅寶石激光沖蝕固體靶開始，激光技術在材料制備中得到了廣泛的應用，其中具有代表性的方法有兩種：(1)激光沉積法制備薄膜心引，(2)在氣相中合成納米顆粒‘35圳。激光與固體靶相互作用會在靶上形成一個固一氣界面：而激光照射獲得的產(chǎn)物主要來自于同一氣界面里的氣相凝聚。所以激光沖蝕固體靶一般存在三個過程：固一氣界面的形成、發(fā)展和消失，這對材料的合成起著重要作用。圖l是這三個過程示意圖”8
6、。一般用于合成納米材料的脈沖激光脈寬不小于納秒。因為超短脈沖激光(如皮秒和飛秒激光)與收稿日期：2007m5一13；修回日期：2008旬2之5基金項目：天津市自
7、然基金重點項目(06YFJ刁c叭200)．通訊作者：杜希文，E-mil：xwdu@qu．edu．cn作者簡介：孫景(1945一)男，江蘇高郵人，教授，博士生導師，主要從事超硬材料和新型炭材料的研究．E—mail：jsun@tju．酣u．cIl萬方數(shù)據(jù)第l期孫景等：激光法制備碳質(zhì)納米材料·87·圖l(a)等離子區(qū)的圖像[鵪]和(b．f)在氣體介質(zhì)中激光誘發(fā)的等離子區(qū)的演化過程Fig．1(a)1kimageofmepl踟aplu眥[鵪]強d(b．f)nleev01lnionofthel姍induccdpl嬲mainV踮¨mofdilutiong雒固體靶相互作用是非平衡過程，電子被
8、激發(fā)僅需要幾十電子伏特，發(fā)生光電離和等離子化過程也僅需要幾十飛秒，而電子轉變成離子需要的能量傳遞在皮秒量級就可以完成，所以晶格吸收一個超短脈沖能量后其溫度才能發(fā)生變化Ⅲ‘37
9、。+脈寬大于納秒級的激光與固體靶相互作用時熱過程占主導作用㈣J，在一個脈寬里光子與電子、激子和晶格振動發(fā)生作用，使電子的能量增高導致作用在固體靶上的區(qū)域快速升溫，并發(fā)生氣化。氣化一旦發(fā)生，蒸發(fā)的氣體就會迅速擴張，與周圍的氣體相互作用，使這“團”蒸氣與周圍氣體隔離而形成一個氣態(tài)羽區(qū)。氣態(tài)羽區(qū)中的溫度很高，甚至會在此區(qū)域發(fā)生等離子化過
