一种真空环境下干摩擦制备碳纳米洋葱的方法与流程

本发明涉及零维碳纳米材料技术领域，尤其涉及一种真空环境下干摩擦制备碳纳米洋葱的方法。

背景技术：

碳纳米洋葱（cnos），又称洋葱纳米结构碳，是一种新型零维碳纳米材料，由准球形或多面体形状的类石墨壳层组成，其纳米结构与洋葱的同心圆结构相似。因其封闭稳定的结构、大的比表面积以及高的热稳定性使其在催化、摩擦、超级电容器和电磁屏蔽等领域具有广阔的潜在应用价值，受到了科技工作者们广泛的关注。近30年的发展，其制备方法主要集中在电弧放电、电子束辐照、等离子体法、纳米金刚石真空热处理、有机金属聚合物热解法、激光照射法等方面。但是这些方法大多需要较高的能量（例如，纳米金刚石热处理制备cnos通常需要超过1400℃的高温条件且保持在真空环境下）或者特殊的催化剂（例如，cvd法制备cnos通常需要ni/al、cu等作为催化剂同时需要超过500℃的高温条件）。因此，需发展一些新的技术与方法能够简易制备出高质量的cnos，以满足其在科学研究和应用方面的不足。

最近相继报道了一些新的cnos制备方法，例如通过水热反应制备cnos（以水作为反应介质，含有柠檬酸根，选自li⁺、na⁺、k⁺、ca²⁺、mg²⁺、ba²⁺、al³⁺中的一种或其任意组合，在大于等于140℃的温度下即可实现cnos的制备）、碳化木材废料浓硝酸处理制备水溶性cnos等。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种简单、环境友好型的真空环境下干摩擦制备碳纳米洋葱的方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种真空环境下干摩擦制备碳纳米洋葱的方法，其特征在于：该方法是指在真空环境下，将含氢碳薄膜或聚乙烯固定在摩擦试验机的圆盘上，与陶瓷球在接触正压应力≥0.5gpa的条件下通过旋转所述圆盘进行滑动摩擦，待摩擦系数≤0.01时，收集所述陶瓷球表面形成的物质，该物质即为碳纳米洋葱。

所述真空环境是指真空度≤1.0×10^-3pa。

所述圆盘的旋转速度为50~200转/分钟。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用干摩擦技术，将含氢碳薄膜或聚乙烯与陶瓷球作为摩擦副，在真空环境下对磨，在摩擦界面形成cnos，具有设备简单、能耗低、不需要高温与催化剂等苛刻条件、可长时间持续稳定工作、实现工业化生产等特点。

2、对本发明所得的cnos进行了透射电子显微镜（tem）等表征（参见图1）。结果表明，陶瓷对偶球表面新形成的物质是由碳纳米颗粒（粒径大小分布在5~100nm范围内）组成；高分辨图像证实该碳纳米颗粒呈现出了纳米洋葱的结构特征（石墨烯壳层之间的间距约为0.34nm）；相应的edx能谱表明该纳米颗粒中除了碳元素意外，无其它杂质。

3、本发明简单易行，重复性好。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明制备的碳纳米洋葱颗粒的结构特征。其中：（a）低倍透射电镜图像；（b）高分辨透射电镜图像；（c）相应区域的edx能谱。

具体实施方式

实施例1一种真空环境下干摩擦制备碳纳米洋葱的方法，该方法是指将表面光洁的含氢碳薄膜固定在umt摩擦试验机的样品台上（圆盘），选择直径为5mm的al2o3陶瓷球作为对偶球；将其密封在真空腔里，开始抽真空，待真空抽到≤1.0×10^-3pa时，设置法向加载≥1n（接触应力≥0.5gpa）、圆盘的旋转速度为50~200转/分钟，通过旋转圆盘进行滑动摩擦，待摩擦系数≤0.01并稳定一段时间后，收集陶瓷球表面形成的物质，该物质即为碳纳米洋葱。

实施例2一种真空环境下干摩擦制备碳纳米洋葱的方法，该方法是指将表面光洁的聚乙烯固定在csm摩擦试验机的样品台上（圆盘），选择直径为5mm的zro2陶瓷球作为对偶球；将其密封在真空腔里，开始抽真空，待真空抽到≤1.0×10^-3pa时，设置法向加载≥1n（接触应力≥0.5gpa）、圆盘的旋转速度为50~200转/分钟，通过旋转圆盘进行滑动摩擦，待摩擦系数≤0.01并稳定一段时间后，收集陶瓷球表面形成的物质，该物质即为碳纳米洋葱。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种真空环境下干摩擦制备碳纳米洋葱的方法，该方法是指在真空环境下，将含氢碳薄膜或聚乙烯固定在摩擦试验机的圆盘上，与陶瓷球在接触正压应力≥0.5 GPa的条件下通过旋转所述圆盘进行滑动摩擦，待摩擦系数≤0.01时，收集所述陶瓷球表面形成的物质，该物质即为碳纳米洋葱。本发明采用干摩擦技术，将含氢碳薄膜或聚乙烯与陶瓷球作为摩擦副，在真空环境下对磨，在摩擦界面形成CNOs，具有设备简单、能耗低、不需要高温与催化剂等苛刻条件、可长时间持续稳定工作、实现工业化生产等特点。

技术研发人员：张俊彦;曹忠跃;梁爱民;王富国
受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所
技术研发日：2019.01.21
技术公布日：2019.04.19