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  

EFFECTS OF CATALYSTS AND REACTION TEMPERATURE ON FORMATION OF VGCF IN VACUUM

作　　者：闫桂沈[1] 李贺军[1] 郝志彪[2] 

机构地区：[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

出　　处：《新型炭材料》2002年第3期43-48,共6页New Carbon Materials

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 。Hollow carbon fibers were fabricated using the vacuum CVD method on a carbon fiber (CF) substrate by using Ni-based catalyst and propylene as the source of carbon at 1000 degreesC. The formation of such hollow fibers might be the consequence of growth by carbon atoms accumulating around the perimeter of a metallic cell. Meanwhile, a connected carbon fiber network was formed in the spaces in the CF substrate by using Fe-based catalyst with the same CVD conditions. However, tree shaped nanometer scale fibers were fabricated with the same kind of Ni-based catalyst, when the CVD temperature was increased to 1100 degreesC. This is closely related to stable morphologies of the metallic liquid phase on the tip of the growing fiber with increased CVD temperature.

关 键 词：负压 反应温度 催化剂 种类 气相生长 炭纤维 生长形态 纤维结构 反应温度 中空纤维 

分 类 号：TQ342.742[化学工程—化纤工业]