[發(fā)明專利]一種新型sp3碳材料及其高壓制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710127353.1
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106976857B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉冰冰;姚明光;楊西貴;劉世杰;劉然;吳香英
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;B01J3/06
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

本發(fā)明的一種新型sp³碳材料及其高壓制備方法，屬于超硬碳材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。以C₆₀@SWNTs或C₇₀@SWNTs為原料，以金剛石對頂砧為加壓裝置，將樣品裝入樣品腔，采取無傳壓介質(zhì)的硬壓方式，加壓至大于或等于60GPa后卸壓至常壓，得到具有超硬特性的新型sp³碳材料。本發(fā)明所用原料常見、反應物成本低、制備過程簡單安全，不需要加入溫度變量，所制備超硬碳材料具有清晰可辨的X射線衍射峰，樣品結(jié)晶性好，具有優(yōu)異的機械性能，且在常壓下可以穩(wěn)定存在。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于sp³碳材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用C₆₀摻雜的碳納米管或C₇₀摻雜的碳納米管為原料通過高壓的方法制備具有新型結(jié)構(gòu)超硬碳材料的新方法。

背景技術(shù)

碳是一種很常見的元素。由于其靈活的成鍵形式，它能以多種形式廣泛存在。隨著后來富勒烯、碳納米管、以及石墨烯的發(fā)現(xiàn)，他們優(yōu)異的物理、化學性質(zhì)在各個領(lǐng)域中具有廣泛的應用。材料的性質(zhì)取決于其結(jié)構(gòu)，因此設(shè)計合成具有新型結(jié)構(gòu)的碳材料引起了人們強烈的科學興趣，尤其是合成具有超硬特性的碳材料。

目前，人們利用不同的碳納米材料作為前驅(qū)體，采用高壓的手段來探索可能存在的超硬碳相。實驗中利用石墨作為原料，在高壓下合成具有超硬特性的新相，然而這個新相并不能在常壓截獲，同時由于實驗中存在著X射線衍射峰數(shù)量少、信號較弱并且嚴重寬化的問題，這一高壓結(jié)構(gòu)并不能確定。相似的情況也發(fā)生在用碳納米管為前驅(qū)體制備超硬碳材料中。目前為止，具有超硬特性的碳材料制備仍是一項具有挑戰(zhàn)的工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種利用C₆₀摻雜的碳納米管(記為 C₆₀@SWNTs)或C₇₀摻雜的碳納米管(記為C₇₀@SWNTs)為前驅(qū)體在高壓條件下合成具有超硬特性的新型sp³碳材料的新方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下。

一種新型sp³碳材料的高壓制備方法，以C₆₀@SWNTs或C₇₀@SWNTs為原料，以金剛石對頂砧為加壓裝置，將樣品裝入樣品腔，采取無傳壓介質(zhì)的硬壓方式，加壓至大于或等于60GPa后卸壓至常壓，得到具有超硬特性的新型sp³碳材料。

本發(fā)明的一種新型sp³碳材料的高壓制備方法，更具體的步驟是:利用金剛石對頂砧壓機預壓金屬錸片，厚度達到40-60μm，并在壓痕中心鉆取直徑為 60-100μm的小孔作為樣品腔，然后將C₆₀@SWNTs或C₇₀@SWNTs樣品填滿樣品腔，利用金剛石為壓標物質(zhì)，采取不添加任何傳壓介質(zhì)的硬壓方式進行加壓，當壓力達到60GPa-70GPa時，然后卸壓至常壓，得到具有超硬特性的新型sp³碳材料。