负压下反应温度和催化剂的种类对于气相生长炭纤维生长形态的影响

李贺军¹，郝志彪²，闫桂沈¹

(1.西北工业大学,材料科学与工程系,陕西,西安,710072;
2.航天科技集团公司第四研究院,四十三研究所,陕西,西安,710025)

摘要:讨论了在负压沉积条件下基体法制备气相炭纤维时,催化剂种类和反应温度的变化对气相生长炭纤维形态的影响.通过实验发现温度和催化剂的种类对气相生长炭纤维的形态有较大的影响.在同一温度下,分别采用铁基催化剂和镍基催化剂生长出的炭纤维具有相当大的差异,这种差异与溶解在金属催化剂液相中的碳原子从金属液界面的析出模式直接相关,当整个胞晶界面都均匀地析出碳原子时为实心炭纤维,而主要沿胞晶界面的外环析出时为中空炭纤维;在实验条件下铁基催化剂生成的是实心纤维而镍基催化剂生成的是中空纤维.即使采用同一种镍基催化剂,在不同的反应温度下,也将生成不同形状的纤维.在低温下生成的是中空纤维,而在高温下生成的是树枝状的二次分叉纳米纤维.同样,铁基催化剂在低温下生成均匀光滑的连续纤维,而高温下生成的是较细且具有分叉结构的纤维.更进一步的机理分析表明气相生长炭纤维的这种分叉形态与头部的金属催化剂液相的稳定形态相关.铁基与镍基催化剂的金属形态在低温下是相对稳定的,但温度升高后,催化剂液相界面形态变得不稳定,进而导致产生分岐结构,故生成了分叉的炭纤维.

关键词:催化生长炭纤维; 纤维结构; 反应温度; 催化剂; 中空纤维;

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