C_3N_4的爆炸合成技术及性能表征

【摘要】： 作为理论预测的新材料,氮化碳的硬度可能超过了金刚石,其合成和性能的研究引起了各国研究人员的广泛关注,已合成了具有独特性能的氮化碳。其高硬度、低摩擦系数、良好的耐磨性、较好的光学性质等对氮化碳在广阔领域里的应用提供了坚实的基础。爆炸冲击合成化学是近年来兴起的一个新科技领域,爆炸冲击过程提供的瞬时高温、高压能够使材料的性质发生复杂的变化。目前,爆炸冲击的方法已得到了广泛的应用。本文论述了氮化碳的研究概况,并通过实验研究了氮化碳的爆炸冲击合成。 本实验用炸药柱分别爆炸冲击两组原料双氰胺、5-氨基四氮唑和活性炭粉的混合物,对得到的爆轰产物进行了提纯处理。并借助红外吸收光谱、X射线衍射技术、扫描电镜和X射线能谱技术对提纯后的产物进行了检测及分析。红外吸收图谱表明,两组目标产物中含有C-N,同时含有极少量的C=N、N-H等杂质化合键,均没有观察到C≡N振动峰,且C-N主峰的强度也远大于杂质化合键。X射线衍射图谱表明,目标产物主要为α-C3N4和β-C3N4,并可能含有极少量的CNx和石墨相C3N4,同时样品中存在到目前为止未知的结构。在扫描电镜下,在两组目标产物中均观察到了微米级的六边形β-C3N4晶粒,与资料报道的β-C3N4的晶体形貌类似。EDS分析显示,两组产物中C、N两种元素的质量比均高于C3N4的理论比值;但产物中的C、N含量分布不均,且目标产物中的杂质含量偏多。双氰胺的爆轰产物的差热(DTA)和热失重(TG)曲线上没有出现差热和失重峰,说明所得爆轰产物在1000℃时仍很稳定。同时,研究了反应压力、装药密度对产物得率的影响。结果表明,爆炸冲击双氰胺时的最佳压力为29GPa、密度为1g/cm3;爆炸冲击5-氨基四氮唑和活性炭粉的混合物时的最佳压力为32GPa、密度为1g/cm3。