目前已經(jīng)研究出多種制備短且開口的碳納米管的方法，例如，在C02氣氛中950℃下反應(yīng)數(shù)小時(shí)；在02氣氛中700℃下反應(yīng)幾分鐘；與濃硝酸在140℃共浴數(shù)小時(shí)；與聚乙烯醇在250℃下1h左右；還可以通過機(jī)械高速球磨的方法使碳納米管的開口。
本實(shí)驗(yàn)通過低速（轉(zhuǎn)速為200r/min）球磨機(jī)球磨多壁碳納米管，研究了其球磨特性，并分析了其斷裂機(jī)制。
1、實(shí)驗(yàn)
1.1實(shí)驗(yàn)藥品及儀器
Fe(N03)3．9H20，分析純；發(fā)煙Al203；HN03，密度為1.4 g/mL，分析純。 JEM - 100CXⅡ型透射電鏡。Y500型X射線衍射儀CuKa，A=0.154178nm。南京大學(xué)儀器廠生產(chǎn)的QM - 1SP2型行星式球磨機(jī)。
1.2多壁碳納米管的制備
長(zhǎng)多壁碳納米管由催化化學(xué)氣相沉積法制得。催化劑是將一定比例的發(fā)煙Al203和Fe(N03)3．9H20在瑪瑙研缽中研磨，混合均勻之后加入甲醇溶劑攪拌至膠狀，在180℃下烘干后研磨。取一定量的催化劑裝于陶瓷舟中，放入石英管內(nèi)于680℃裂解乙烯氣體制得粗產(chǎn)多壁碳納米管。將粗產(chǎn)多壁碳納米管放入稀硝酸中沸煮th，以除去催化劑顆粒和無定形炭，富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
1.3對(duì)純化后的多壁碳納米管進(jìn)行球磨
將提純后的長(zhǎng)多壁碳納米管粉末和兩個(gè)直徑為2 cm的陶瓷球放入不銹鋼球磨罐中，球料質(zhì)量比為100:1，轉(zhuǎn)速為200 r/min．球磨時(shí)間分別設(shè)定為5，8，20 h。
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 TEM測(cè)試結(jié)果分析
圖l是催化裂解法制備的未經(jīng)提純的多壁碳納米管的透射電鏡圖像，直徑為30 nm左右。可以看出多壁碳納米管與無定形炭、催化劑等雜質(zhì)交織在一起，彎曲大，達(dá)到數(shù)十微米長(zhǎng)度。圖2a是提純后的多壁碳納米管，顯然已基本除去雜質(zhì)，整個(gè)視場(chǎng)為純凈的多壁碳納米管。
從圖2可以看到，隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，多壁碳納米管的長(zhǎng)度隨之變短（圖2b和2c），但管徑?jīng)]什么變化。由于碳管的長(zhǎng)度減小，其比表面進(jìn)一步增大，懸掛鍵增多，相互吸附作用增強(qiáng)，因此更容易團(tuán)聚，形成束狀堆積態(tài)（圖2c和2d）。球磨8h時(shí)其短的多壁碳納米管的長(zhǎng)度在100~ 300 nm之間。
2.2 XRD測(cè)試結(jié)果分析 由圖3可知：雖然do02峰強(qiáng)／dioo峰強(qiáng)（兩峰強(qiáng)度比）有所降低，但是球磨后兩峰的位置與球磨前相同：do02峰角度值26. 170。，相應(yīng)D值0.34011 nm；d100峰角度值43. 4800，相應(yīng)D值0. 21088 nm。說明球磨20 h后仍為碳管，每一層碳管仍為規(guī)則的石墨化結(jié)構(gòu)。
這一點(diǎn)和單壁碳納米管有著較大區(qū)別：?jiǎn)伪谔技{米管在球磨20h后，從XRD上可以看出變化很大，破壞程度很大，
2.3斷裂機(jī)制的分析
理想的直的碳納米管結(jié)構(gòu)完美，在壓力作用下不易斷裂，表現(xiàn)出極高的強(qiáng)度和韌性。但實(shí)際上，用化學(xué)氣相沉積法制備的碳納米管是彎曲狀的，它必然由許多連續(xù)的或不連續(xù)的直的碳納米管結(jié)組成，在連接處、彎曲處更容易形成缺陷，在沖撞壓力作用下便容易斷裂。
Pierard.N通過更長(zhǎng)時(shí)間的高速球磨(3000 r/min)多壁碳納米管的研究表明，即使在120 h研磨后，仍然可觀察到多壁碳納米管，而沒有其它形式的碳出現(xiàn)，雖然也出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，但仍能清楚地看到管壁。而用化學(xué)氣相沉積法制備的多壁碳納米管在低速球磨且時(shí)間為20 h的情況下，雖然結(jié)構(gòu)上沒有太大破壞，但已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，基本上看不到單根的碳管。
3、結(jié)論
用低速球磨機(jī)對(duì)由化學(xué)氣相沉積法制備的長(zhǎng)多壁碳納米管進(jìn)行了球磨。樣品的TEM觀測(cè)表明原碳管斷裂成較短的多壁碳納米管，而XRD測(cè)試結(jié)果表明其基本結(jié)構(gòu)未被損壞。其斷裂機(jī)制是由于在球磨機(jī)中陶瓷球和多壁碳納米管之間的碰撞產(chǎn)生的能量在碳管缺陷處打斷造成的。通過控制球磨時(shí)間，可以制備大量適當(dāng)長(zhǎng)度的碳納米管和進(jìn)行填充與包覆。
