热等离子体射流中碳纳米结构合成的控制：工艺参数、等离子体特性与产物形态的相关性
材料科学
2025-12-05 v1
摘要
热等离子体已成为一种有效的碳纳米结构生产方法，无需特定催化剂或基底。尽管研究重点已放在反应压力、输入功率或碳源等工艺参数上，但等离子体特性如密度和温度所扮演的复杂角色及其相互关系常因环境的复杂性而被忽视。本研究通过建立工艺参数、等离子体特性与产物形态之间的相关性来解决这一空白，这对控制碳纳米结构生长至关重要。我们探讨了碳前驱体类型（CH₄和C₂H₂）、氢气、压力和流速对纳米结构形成的影响。利用原位发射光谱（OES），我们绘制了等离子体射流中温度和双碳分子（C₂）密度的分布。我们证明低密度纳米结构（如碳纳米角CNHs）的生长有利于稀释的C₂局部密度和高温，而更致密的纳米结构（如洋葱状多面体石墨纳米胶囊GNCs）则有利于较高的C₂密度和较低的温度。碳密度可通过流速和压力来控制，这两者反过来显著影响纳米结构形态，使其从石墨烯纳米片（GNFs）演变为GNCs。增加H/C比从1到8导致了从CNHs到GNFs的形态转变。在合成过程中，等离子体射流温度超过3000 K，晶体生长在喷嘴下方50至100 mm处发生。
引用
@article{arxiv.2512.04880,
title = {Controlling Carbon Nanostructure Synthesis in Thermal Plasma Jet: Correlation of Process Parameters, Plasma Characteristics, and Product Morphology},
author = {Taki Aissou and Jerome Menneveux and Fanny Casteignau and Nadi Braidy and Jocelyn Veilleux},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.04880},
year = {2025}
}
备注
30 pages, 14 figures. Accepted author manuscript of article published in Carbon 217 (2024) 118605