纳米材料制备研究论文提纲

2022-11-15

论文题目：气液爆轰管的优化设计及纳米材料制备的探索研究

摘要：爆轰法是通过前驱体在爆轰时产生的高温、高压条件下裂解后重新排列形成纳米材料的一种高效加工技术,是爆炸力学、材料科学和物理学等众多学科的交叉融合的产物,也是当今国内外研究的热门方向之一。该方法具有操作简单、效率高、污染小、成本低等一系列特点。气液爆轰法是一种新型的技术手段,利用高能点火器直接引爆混合均匀的气液爆轰前驱体,操作便捷,制备的纳米材料纯度高、分散性好。但是爆轰法制备的纳米材料是在瞬态的温度场、压力场中形成的,制备的纳米材料相对而言具有不确定性,探究初始条件对爆轰流场及制备纳米材料的影响具有十分重要的意义。本文利用自主设计的气液爆轰装置,测定了爆轰流场参数且制备纳米二氧化钛和碳纳米管,同时结合X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱仪（XPS）等现代分析手段对所合成产物的形貌特征、晶型结构等进行了制备规律的探究,主要研究内容如下:1.结合CJ爆轰理论、气液爆轰理论和加拿大学者Lee提出的半经验表面能模型及相关的实验数据和经验公式,从临界管径和直接起爆的点火能量入手,验证了点火能量、管体长度和内径尺寸对能够满足燃爆传播的稳定性关键影响因素;根据实验可能产生的压力、温度及燃爆理论对管体进行强度校核,验证了气液爆轰设备的安全性。2.采用内径为36mm的爆轰管测试了甲烷-氧气,乙炔-氧气和氢气-氧气的混合气体爆轰流场演化特征;通过压力传感器监测爆轰过程的压力数据,采用烟熏箔测定了甲烷-氧气和氢气-氧气的爆轰胞格尺寸大小;通过改变初始压力,探究爆轰速度、爆轰压力和爆轰胞格尺寸的变化规律,验证了形成燃爆条件的可行性。3.采用气液爆轰法合成了多晶纳米二氧化钛,以氢气、氧气和四氯化钛为混合前驱体,系统研究了前驱体摩尔比和初始反应压力对纳米二氧化钛晶体结构的影响,通过XRD和TEM对产物的纳米晶体结构、元素组成、形貌特征开展了表征工作,结果表明:制备的纳米二氧化钛晶体为纯锐钛矿型,纯金红石型及混合型二氧化钛,基本特征为球形或准球形,粒径范围为20-150nm;根据C-J状态和相关的化学反应数据计算了相关的爆轰参数,探究了前驱体比例和初始压力变化对制备多晶型纳米二氧化钛的影响因素。4.采用气液爆轰法,以甲烷、氧气、二茂铁和萘为原料制备了纳米体心立方铁晶和碳化铁晶体及含铁基纳米颗粒的多壁碳纳米管纳米复合材料;通过XRD、TEM、XPS和Raman研究了所得纳米材料的结构和性能,将制备的CNTs@Fe/Fe3C复合材料用于双电层电容器中,研究结果表明:其作为电容材料具有良好的电化学性能,在100 m A/g时的比电容为125F/g,在10000次循环后容量保持率保持93.1%,是一种良好的超级电容材料。该论文有图66幅,表15个,参考文献170篇。

关键词：气液爆轰法;爆轰制备;爆轰极限;纳米二氧化钛;碳纳米管

学科专业：固体力学

致谢

摘要

abstract

变量注释表

1 绪论

1.1 引言

1.2 爆轰管的发展及应用

1.3 纳米材料的研究现状

1.4 爆轰法制备纳米材料

1.5 本文的选题依据及研究内容