硫化亚铜催化乙炔合成纳米碳纤维的研究.doc

1、目录硫化亚铜催化乙炔合成纳米碳纤维的研究摘 要纳米碳纤维具有非常优异的导电性、电化学性能及机械性能，目前已经应用于许多领域，如场发射显示器，二次电池电极以及复合材料等领域。本文研究了以乙炔（C2H2）为碳源，以水热合成在铜基体上的硫化亚铜薄层为催化剂，采用化学气相沉积法（CVD），制备纳米碳纤维。利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、X射线衍射仪（XRD）对所得产物进行了表征，并分析了实验条件对纳米碳纤维产量的影响。结果表明，水热法可以在铜基体上合成纳米级硫化亚铜颗粒，制得的硫化亚铜颗粒在合成纳米碳纤维方面具有良好的催化作用，制备的纳米碳纤维呈非晶态。硫化亚铜催化剂制备过程中，随着水热反应

2、时间的增加，纳米碳纤维的产率逐渐增加，并趋于一个极大值；合成纳米碳纤维过程中，随着反应时间增加，纳米碳纤维的产率呈线性增加。关键词：硫化亚铜；CVD；水热法；乙炔；纳米碳纤维 RESEARCH ON THE CNFs SYNTHESIS OF ACETYLENE CATALYZED BY CUPROUS SULFIDEABSTRACTCarbon nanofibers (CNFs) have many unique properties such as electrical conductivity, electrochemical property and mechanical proper

3、ty. Many applications are being developed for eld-emission display, electrodes of secondary battery and composites, etc.In this paper, CNFs were synthesized by using chemical vapor deposition (CVD) with cuprous sulfide which is synthesized by hydrothermal method on copper substrate as catalyst and a

4、cetylene as carbon source. The products were characterized by FE-SEM and XRD. The influences of experimental conditions on the yield of CNFs were also investigated.The results indicate that it is practicable to prepare cuprous sulfide nano-particles on the copper substrate by hydrothermal method. Th

5、e synthesized cuprous sulfide particles exhibit good catalytic property in the synthesis of CNFs, and the prepared CNFs has amorphous structure. In the preparation of cuprous sulfide nano-particles, the yields of CNFs gradually increase with the increase of hydrothermal reaction time, and tend to a

6、maximum. In the synthesis of CNFs, the yields of CNFs increase linearly with the increase of reaction time.KEY WORDS: cuprous sulfide; CVD; hydrothermal; acetylene; CNFs 目录前言11文献综述21.1碳纳米管简介21.2碳纳米管的制备21.2.1电弧法21.2.2激光蒸发法31.2.3化学气相沉积法41.3纳米碳纤维生长机理61.4碳纳米管的性能71.4.1力学性能71.4.2热学性能71.4.3场发射性能81.5碳纳米管的应用

7、81.5.1碳纳米管/金属基与高分子基复合材料81.5.2 碳纳米管压制体超级双电层电容器91.5.3 碳纳米管的场发射特性91.5.4 碳纳米管的物理储氢性能101.6水热法简述101.6.1水热条件下纳米粒子的形貌控制111.6.2水热条件制备硫化物在液相合成中的优势122实验部分142.1 实验试剂与仪器142.1.1实验试剂142.1.2实验仪器142.2 实验内容152.2.1硫化亚铜薄层的制备152.2.2纳米碳纤维的制备153实验结果的表征与分析163.1硫化亚铜薄层形貌表征与分析163.2硫化亚铜薄膜的能谱和XRD分析163.3纳米碳纤维的表征与分析183.4反应时间对纳米碳纤

8、维生长量的影响203.5水热时间对碳纳米管生长量的影响224结论23参考文献：24致谢27英文资料中文翻译英文资料原文任务书开题报告综合评定意见表青岛科技大学本科生毕业设计论文 前言材料是人类生存和生活必不可缺少的部分，是人类文明的物质基础和先导，是直接推动社会发展的动力。材料的发展及其应用是人类社会文明和进步的重要里程碑。人类历史按使用的材料分类可划分为：石器时代、青铜时代、铁器时代、硅时代和新材料时代。新材料时代大体指1990年至今的时间，这个时期，各种新材料不断出现，大大推进了人类历史的进步。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，

9、从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。这使得他们显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体相比时将会有显著的不同。以至于有科学家将纳米材料称为21世纪最有前景的新材料。作为纳米材料的重要组成部分，纳米碳纤维具有诸多优良的性能。高的比表面积，很高的轴向强度、韧性以及弹性模量，优良的场发射性能，优良的导电性，经处理后优异的储氢性能等等。碳纳米管作为纳米材料中开发价值最高的纳米材料之一将会对众多领域产生重大而深刻的影响，并给人类带来巨大的利益。1文献

10、综述1.1碳纳米管简介 1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Iijima）在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管，又名巴基管。按碳原子层可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管的大量研制工作从20世纪50年代开始的。80年代气相生长碳纳米管成为研究的热点。由气相生长方法制备的碳纳米管结构中碳是由内层和外层组成的，管上每个碳原子采取SP2杂化，相互之间以碳-碳键结合起来，形成由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。每个碳原子上未参与杂化

11、的一对p电子相互之间形成跨越整个碳纳米管的共轭电子云。碳纳米管的分子结构决定了它具有一些独特的性质，被广泛地应用于诸多领域。碳纳米管独特的结构特征使之表现出奇异的力学、电学和磁学等性质，可望在纳米电子器件、储能、场发射与平板显示、导电和电磁屏蔽、结构增强等众多领域获得广泛应用。1.2碳纳米管的制备 碳纳米管的制备方法主要有电弧法(Arc-Discharge Methods)、激光蒸发法(Laser Vaporization)、化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition Methods)等。 1.2.1电弧法电弧法(Arc-discharge methods) 的基本原理

12、是在一定的气体氛围中，在一对石墨电极之间产生电弧，电弧产生的高温使碳原子和填充在阳极石墨棒内的金属催化剂蒸发，蒸发出来的碳原子在催化剂颗粒的催化下重组形成碳纳米管并沉积在阴极上。如图1-1，电弧法曾被广泛的用在制备碳纤维和富勒烯方面。电弧法在不使用催化剂的情况下，得到的阴极沉积物中除了含有少量的纯碳纳米管外，还含有大量的碳纳米颗粒、无定形碳以及富勒烯等。另外，因为用这种方法合成碳纳米管的温度很高，碳纳米管之间容易互相合并。影响碳纳米管的直径、产率、纯度以及结构等的主要工艺参数有：电弧电流、催化剂种类及粒度、气压、环境温度、石墨电极的冷却速度以及缓冲气体种类等。当电弧电流较低时，有利于碳纳米管的

13、形成，但此时电弧不太稳定。当电弧电流太高时，碳纳米管与其他纳米粒子以及其它碳纳米管之间会相互融合，无定形碳、石墨等杂质会增加，给以后的纯化处理带来困难。图1-1电弧法示意图Fig.1-1 Arc-discharge methodEbbesen和Ajayan1等人用电弧法制得了产率较高的多壁碳纳米管。他们在两个石墨电极之间加了18V的直流电，系统在氦气的氛围中，压强为500Torr左右，75%石墨都转变成了碳纳米管。Joumet2等人用电弧法制得了产率更高的单壁碳纳米管，他们在阳极中填充Ni-CO，Co-Y，Ni-Y作为催化剂，在放电的过程中不断地移动阳极以保持电极之间距离不变，使得阳极在稳定的

14、电流(100A)下蒸发，反应室内的氦气压强为 660mbar，产率能高达80%。电弧法具有设备简单、产量大等优点。但是也有很多缺点，比如，产物中催化剂、无定形碳较多，不易提纯。而且，用电弧法生长碳纳米管是在远离平衡态下进行的，这不利于直接调控生长条件，也不利于研究碳纳米管的生长机理。1.2.2激光蒸发法激光蒸发法(laser vaporization)是在电弧法基础上发展起来的，二者的区别是，电弧法通过电弧放电产生高温，而激光蒸发法通过激光产生高温。激光蒸发法的基本原理是用激光器将高能激光束照射在含有催化剂的靶材上，使碳原子和催化剂原子从靶材表面蒸发出来，在保护气体的氛围中，碳与催化剂形成均匀

15、的液滴，当温度下降时聚集成团簇，并且碳在团簇中呈过饱和状态，在催化剂的作用下碳从团簇中离析出来形成碳纳米管。激光蒸发法合成碳纳米管的影响因素主要有：催化剂的种类及组合、激光束的强度、环境的温度、惰性气体的种类及流速、脉冲的频率及时间间隔等。其装置示意图如图1-2所示。图1-2激光蒸发法示意图Fig.1-2 Laser-ablation scheme1994年Gao等人3用激光照射含有Ni和Co的靶材得到了单壁碳纳米管。1996年Smalley等人4用激光照射含有Ni和Co催化剂的炭块，获得了较高产率的单壁碳纳米管。激光蒸发法由于激光照射处的温度很高，因此制得的碳纳米管的晶化程度、纯度和产率也比

16、较高，管径分布也比电弧法均匀，此方法可以实现单壁碳纳米管的大规模生产。它的不足之处在于设备复杂、昂贵、耗能高，因此用它合成碳纳米管的成本比较高。1.2.3化学气相沉积法化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition Methods)由于其所需的设备简单，所以最有希望实现工业化生产而成为目前研究最广泛的合成碳纳米管的方法。曾被用来制备纳米碳纤维和金刚石薄膜等5-6。其基本原理是利用高温、高电磁场或强电场等使得原料气体分解，然后在催化剂的作用下在衬底上生长碳纳米管，如图3所示。化学气相沉积法制备碳纳米管的影响因素主要有：碳源的种类、气体流量及各种气体所占的比例、反应温度、气体的

17、压强、基片的预处以及采用的催化剂成分等。这些因素都会对碳纳米管的纯度、产量和结构产生的影响。图1-3 CVD法制备碳纳米管的示意图Fig.1-3 Equipment of producing carbon nanotubes by CVD method用化学气相沉积法制备碳纳米管，一般都是以含有碳的各种碳氢化合物如甲烷、乙炔、乙烯等气体与惰性气体混合作为原料气体，以铁、钻、镍等金属或它们的合金作为催化剂，在基底上实现碳纳米管的生长。通常使用催化剂有铁、铜、镍、铬、钒、钼、镧、铱、镁、硅等。在实验中发现，过渡金属催化剂的催化活性的顺序为镍钴铜铁，而且过渡金属的催化活性不仅与金属的种类有关，还与其

18、分散和负载状态有关7。碳源常用的主要有：乙炔、甲烷、乙烯、丙烯、苯以及正丁烷等。在合成碳纳米管时，不同的碳源的活性差别很大，因此，所得到的碳纳米管的结构与性能也有很大的差别。在实验中发现，含有不饱和键的活性更大，常见的碳源的活性顺序为:乙炔丙酮乙烯正茂烷丙烯甲醇=甲苯甲烷8。1993年Yacaman等人9最早用CVD方法制得了多壁碳纳米管，随后Ivanov等人5-6也用此方法制备出多壁碳纳米管。W.Z.Li等人10在介孔硅上用铁做催化剂制备出有序的碳纳米管，S.Fana等人11也用多孔硅做基底制备出规则的碳纳米管。Kong等人12用Fe/Mo作催化剂在硅基底上制得了高质量的单壁碳纳米管。与其它

19、方法相比，CVD方法有诸多优点：它可以准确地控制沉积出来的材料的组分以及掺杂水平从而能使其具有理想的化学配比，可以在形状复杂的基片上沉积，因为化学气相沉积法很多反应可以在很高的气压下进行，所以，系统不需要有昂贵的真空设备，高的沉积温度可以很大程度上改善晶体的结晶完整性，可以利用某些材料在熔点或蒸发时分解的特点，从而得到其他方法得不到的材料，沉积面积大，从而能提高产量。与其它方法相比，化学气相沉积法也有很多缺点：沉积温度高，变量较多13；用化学气相沉积法制备的碳纳米管通常呈钩状、相互缠绕、生长缓慢、可重复性差，即使使用了催化剂，但仍需要很高的沉积温度14。为了克服上述缺点，人们采用PECVD法制

20、备碳纳米管，等离子体降低了CVD法反应所需的温度。1998年，Ren等人首次用热丝等离子化学气相沉积技术在常温下制备出定向的碳纳米管薄膜，从此，PECVD法得到了推广。与热解CVD技术相比，PECVD技术有很大的优势，首先，等离子内部的自建电场可以使得用PECVD技术生长出来的碳纳米管的定向性得到提高。其次，等离子内含有的大量的高活性的化学基团可以有效的降低薄膜沉积的温度。到目前为止，单纯依靠催化剂分解效应获得碳源的热解CVD技术很难在550下得到碳纳米管，但是通过调整工艺参数和实验装置，PECVD技术甚至可以在400下得到碳纳米管。因此，PECVD技术在低温下生长碳纳米管方面有很大的应用前景

21、。1.3纳米碳纤维生长机理目前，对于纳米碳管生长机理的研究有很多种理论，其中，最为流行的是开口生长和封口生长模型。在开口生长模型中，生长机理分为两种：底部生长和顶部生长。如果催化剂与基底材料的结合力比较强，在生长过程中催化剂颗粒始终位于纳米碳管的底部，碳原子簇加入到催化剂和碳纳米管的界面实现碳纳米管的连续生长，这就是底部生长。相反，如果催化剂与基底材料结合力较弱，纳米碳管生长时把催化剂颗粒顶起，使其跟随纳米碳管的生长端一起向上移动，称为顶部生长。开口生长的特点是纳米碳管在生长时管口始终保持开放。在生长过程中有时会出现五边形和七边形缺陷，这样就会在局部区域引起凹凸现象，导致变型。若五边形正好出现

22、在纳米碳管的端头，则会形成纳米碳管的封口。封口生长则是纳米碳管的一端被半个富勒烯球覆盖，另一端保持在催化剂微粒上生长。Ivanov等15对CVD法生长纳米碳管的机理进行了详细研究和表述，他们认为金属粒子存在着不同取向的晶面，只有那些晶格常数合适的晶面对碳氢化合物的吸附分解具有活性。生成纳米碳管的关键步骤是碳氢化合物在活性晶面上吸附并分解，生成碳原子簇。这些碳原子簇溶解在金属中并从活性晶面通过金属粒子体扩散至对应的另一端晶面，在对应的另一端晶面上沉积并形成碳纳米管或碳纤维。所以碳氢化合物催化分解法制备的碳纤维或碳纳米管一端向空中伸展，另一端则连接在催化剂颗粒上。在这一连串的过程中，碳原子的扩散是

23、控制步骤。这可从碳原子的扩散活化能等于碳纤维的生成活化能和碳管的生成活化能得到证实。对于用化学气相沉积法制备纳米碳管来说，其生长过程可分为两个阶段。首先，在基底受金属催化剂作用形成初级管，初级管是由完整的石墨片层绕金属催化剂卷曲而成。催化剂颗粒表面热解析出的碳在催化剂与气体接触的表面被熔解，在内部扩散，而在另一侧析出。第二阶段是在碳沉积的初期管上，使管变粗。在纳米碳管生长时，碳原子通过金属颗粒表面扩散进入颗粒内部，由于金属的催化作用和碳原子的扩散，使得碳于颗粒底部析出并形成石墨片。新到的碳原子在其壳层边缘沿金属粒子的外表面方向以石墨柱体的形式沉积，形成碳管的新固相表面，导致碳原子化学势能的变化

24、。人们对纳米碳管的生长机理做了很多研究，也提出了很多模型，但是一种模型往往是可以解释一种现象而解释不了另一种现象，所以，纳米碳管的生长机理将仍是今后人们研究的重要方向。1.4碳纳米管的性能1.4.1力学性能碳纳米管的管壁一般为碳六元环组成，而其端口或管身弯曲部位则会含有一些五元和七元环结构。在碳纳米管的形成过程中，由于每个碳原子都以共价键与其它三个碳原子相连，并且碳纳米管的两端会自动封闭而消除悬键，因此这种碳纳米管的结构非常稳定。由于碳纳米管中的碳原子之间以C-C键相结合，而C-C键是自然界中最强的键之一，因此，从结构上可以推断出碳纳米管应该有很高的轴向强度、韧性以及弹性模量。由于碳纳米管的纳

25、米尺度和易缠绕等特点，直接用传统的实验方法测其力学性能比较困难，因此最初对碳纳米管的力学性能的研究主要集中在理论上。从能量和体积的关系，采用各种模型计算碳纳米管的弹性模量，同时根据碳纳米管中六边形网格的形变情况及分子动力学过程来研究应力下的变形机制。总的来说，碳纳米管还有较大的长径比、较低的密度、良好的韧性、很高的轴向强度和刚度。因此，碳纳米管被看作是一种新型的“超级纤维”材料，是理想的复合材料的增强相。1.4.2热学性能碳纳米管是由石墨片卷曲而成的，其热学性能不仅组成它的石墨片的本身的性能有关还与其自身的独特的结构和尺寸有关。碳纳米管在轴向上的热导率和金刚石一致，是己知物质中热导率最高的热导

26、体，而其径向上的热导率则远远小于轴向上的热导率，也就是说，对碳纳米管来说，热量传递主要是沿着轴向上。1.4.3场发射性能场发射是电子发射的一种方式，是指在电场作用下，凝聚态物质表面的电子发射出去的一种量子效应。碳纳米管的优良的场发射性能最早是在1995年被发现。与热电子源相比，场发射电子源的最大的优点就在于能量分布比较小。对于宏观的金属场发射，电子从低于费米能级的导带中发射出去，其能量分布宽度通常保持在0.45eV，而碳纳米管的能量分布平均值为0.2eV。.如此小的能量分布使得碳纳米管非常适合用在制备高清晰的场发射显示器上16。碳纳米管如此优异的场发射性能很大程度上依赖于其顶端极小的曲率半径，

27、其发射电流主要来源于稍低于费米能级的己占态。这些电子的能量大小与费米能级有关，主要取决于碳纳米管的螺旋性、直径以及缺陷的数量等。这些主要的导电电子具有较小的电子亲和势，因此其开启电压很低。因此用作场发射显示器件时工作电压低，功耗小，并且碳纳米管比较稳定，不易与其它物质发生反应，高的机械强度可以提高显示器件的使用寿命和稳定性。大面积定向碳纳米管薄膜的制备成功使得它用于平板显示器成为可能，可使传统显示器件的重量、体积等进一步缩小。因此，很多人认为将碳纳米管薄膜应用于场发射器件是微电子学中最有潜力的方向之一。1.5碳纳米管的应用1.5.1碳纳米管/金属基与高分子基复合材料碳纳米管的力学性能明显优于其

28、他材料，具有很高比强度。碳纳米管的中空无缝管状结构使其具有较低的密度和良好的结构稳定性。使得碳纳米管在复合材料领域有很大的应用前景。由于金属材料具有良好的性能，并已得到广泛应用。很多人想到将碳纳米管与金属复合。至今，文献中已报道了碳纳米管与铁基、铝基、镍基等基体的复合材料方面的研究。随着高分子聚合物材料的发展和在生活中的应用，碳纳米管与高分子材料的复合也有很大的前景。采用改进原位法制备碳纳米管/PMMA复合材料，减少了碳纳米管对PMMA分子长大的阻碍作用，从而获得由C-C化学健结合的界面，其抗拉强度比PMMA提高33%，热变形温度提高41，电阻率降低了4个数量级，进一步研究了碳纳米管/PA-6

29、的不同制备方法，采用改进原位法减少了碳纳米管对自制PA-6基体的平均相对分子质量，使碳纳米管对基体的增强作用充分发挥，使抗拉强度达130MPa，冲击韧度达4KJ/M2，伸长率达31%17-18。另外，快速凝固制备的碳纳米管/IN600(一种耐热变形镍基合金)复合材料具有良好的室温性能,与快速凝固IN600合金和快速凝固石墨/IN600相比,抗拉强度分别提高了80%和40%19。1.5.2 碳纳米管压制体超级双电层电容器电化学电容器作为一种新型储能元件，近年来越来越受到重视，电化学电容器是指由高比表面积碳材料、金属氧化物和导电聚合物等电极材料组成的新型储能元件。从储存电能机理来看，碳电极电化学电

30、容器是基于碳电极/电解液界面上电荷分离所产生的双电层电容，由于碳纳米管的大比表面积显著的表面特性，在电化学电容器领域具有潜在优势。检测碳纳米管高温压制体的电阻特性20，结果表明，碳纳米管高温压制体的室温电阻率在0.1m/cm量级，随着温度的降低，碳纳米管高温压制体的电阻平缓增大，在碳纳米管高温压制体上进行的场发射实验证明，碳纳米管具有良好的场发射特性。1.5.3 碳纳米管的场发射特性场发射的优势在于可以通过集成制备大面积的平板显示器。1995年，de Heer首先研究了碳纳米管的场发射行为21，他用悬浊液过滤法得到的碳纳米管薄膜作为阴极，对应的荧光屏作为阳极，在阴阳极之间施加电压并测量发射电流

31、。结果在场强仅为10V/m时即可产生0.1mA/cm的电流密度，证明碳纳米管在场发射方面具有潜在的应用Collins和Zettl系统地研究了碳纳米管薄膜的场发射行为22。碳纳米管之所以可以作为场发射材料,取决于其结构特点和力学、电学性能。首先，碳纳米管是良好的电导体，并且载流能力特别大，能够承受较大的场发射电流23。其次，单壁碳纳米管的直径可以小到1nm左右，如此小的尺寸可以在其半球形的端部产生极大的局部场强。第三，碳纳米管的化学性质稳定，不易与其他物质反应，并且机械强度高、韧性好。定向碳纳米管薄膜显示了良好的场发射性能24-25，可以在较低的阈值场强下(80%天津市河北区榆吴道15号硫粉99

32、%十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）99.0%上海亨达精细化工有限公司丙酮99.5%烟台三和化学试剂有限公司无水乙醇99.7%烟台三和化学试剂有限公司盐酸36%-38%莱阳经济技术开发区精细化工厂金刚石研磨膏W5郑州磨料磨具磨削研究所2.1.2实验仪器表2-2实验所用仪器Tab. 2-2 Instruments used in the experiment 仪器名称 型号 生产厂家恒温磁力搅拌器85-2常州国华电器有限公司精密电子天平BSBT 124s赛多利斯科学仪器（北京）有限公司真空管式烧结炉超声波清洗器电吹风机金相抛光机OTF-1200XKQ-50ERCY-E120P-2合肥科晶材料技术有

33、限公司晶山市超声仪器有限公司新中华刀剪厂上海光相制样设备有限公司电热鼓风干燥箱场发射扫描电镜X射线衍射仪能谱分析仪101-1AJSM-6700FD-MAX2500/pcINCA Energy龙口市电炉制造厂日本电子日本理光D/MAX-ray电子厂英国牛津仪器公司2.2 实验内容2.2.1硫化亚铜薄层的制备第一步：用400600目的砂纸将铜片打磨成光亮以便除去铜片表面的杂质。然后使用抛光机对铜片就行抛光。第二步：清洗仪器。清洗实验过程中使用到的烧杯，反应釜内胆，玻璃棒，移液管等，然后用蒸馏水冲洗。第三步：分别使用电子天平称取0.13g硫粉，0.36gCTAB倒入到清洗好的烧杯中，倒入100ml蒸

34、馏水，同时量取40ml蒸馏水，备用。将溶液放到超声仪中超声6min。第四步：用移液管移取0.5ml水合肼于内胆中。将超声好的溶液倒入反应釜内胆，用备用的40ml蒸馏水冲洗烧杯。溶液总体积140ml。第五步：用量筒量取5ml丙酮溶液倒入烧杯中，用脱脂棉沾取丙酮擦拭活化好的铜片，去除铜片表面的油污。将清洗好的铜片用蒸馏水冲洗干净后放入盐酸溶液中3-5min，对铜片就行活化。活化后取出，用蒸馏水冲洗干净。 第六步：将内胆中的溶液摇匀，然后将清洗好的铜片放入反应釜内胆。将内胆放入反应釜，组装好。第七步：将反应釜放入烘箱，设定好温度，烧制一定时间。第八步：烧制规定时间后，取出，自然冷却至室温。将铜片取出

35、，使用蒸馏水清洗，然后无水乙醇清洗，吹风机冷风吹干，待用。2.2.2纳米碳纤维的制备将烧制好的铜片放入瓷舟中，然后将瓷舟放入真空管式烧结炉的石英管中，对系统抽真空后通入乙炔气体，然后打开真空烧结炉开关，设置适当的温度及保温时间开始加热，待保温时间结束后抽真空然后待温度自然冷却至室温后将反应产物取出。3实验结果的表征与分析3.1硫化亚铜薄膜形貌表征与分析图2-1是使用水热法合成在铜基体上的硫化亚铜薄膜的SEM照片。从图 图2-1水热法生长的硫化亚铜薄膜的扫描电镜照片a)20,000; b)10,000Fig.2-1 SEM images of cuprous sulfide film synth

36、esized by hydrothermala)20,000; b)10,000中可以看出，生长在铜片基底上的硫化亚铜呈不规则颗粒状，粒度从数十纳米到数百纳米不等。以此为催化剂合成纳米碳纤维，则纳米碳纤维直径也将在一个较大的范围内。3.2硫化亚铜薄膜的能谱和XRD分析图2-2为硫化亚铜薄膜的EDS谱图，从谱图中的特征峰可以明显看出只有Cu和S的峰。图2-3为硫化亚铜薄膜的XRD谱图，右侧两个较高的峰是铜基体的峰，左侧的峰均是硫化亚铜的峰。经标准卡片对比，与编号330490卡片吻合很好，可以判定，生成的物质为辉铜矿-M(Chalcocite-m)，即硫化亚铜。图2-2硫化亚铜薄层的能谱分析Fig.2-2 EDS patterns of cuprous sulfide film表 2-3 硫化亚铜薄层能谱分析