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1绪言1

1.1神奇的碳世界1

1.2富勒烯和碳纳米管的发现3

1.3碳纳米管的分类与结构4

1.4富勒烯和碳纳米管的制备7

1.4.1富勒烯的制备方法7

1.4.2多壁碳纳米管的制备方法9

1.4.3单壁碳纳米管的制备方法12

1.4.4双壁碳纳米管的制备方法13

1.5富勒烯和碳纳米管的性质与应用14

1.5.1富勒烯的性质与应用14

1.5.2碳纳米管的性质与应用15

1.6其他新颖形态炭材料的发现17

1.7本课题研究的内容与意义19

2煤基富勒烯的电弧制备研究22

2.1引言22

2.2富勒烯的制备23

2.2.1实验原料23

2.2.2实验装置24

2.2.3实验方法24

2.3煤基富勒烯的提取过程26

2.4煤基富勒烯的激光时间飞行质谱表征27

2.5煤基富勒烯的副产物分析31

2.6影响煤基富勒烯产率的因素33

2.6.1煤种的影响34

2.6.2缓冲气体及其压力的影响36

2.6.3煤基炭棒电弧的发射光谱诊断37

2.6.4煤基富勒烯的形成机理38

2.7小结40

3煤基多壁碳纳米管的制备研究42

3.1引言42

3.2多壁碳纳米管的制备43

3.2.1煤样的选取43

3.2.2多壁碳纳米管制备44

3.2.3煤基碳纳米管的表征及潜在应用45

3.2.4影响煤基多壁碳纳米管制备的因素49

3.3煤基竹节形碳纳米管的发现与制备53

3.3.1竹节形碳纳米管的制备53

3.3.2竹节形碳纳米管的表征55

3.3.3电弧放电模式对碳纳米管形态的影响58

3.3.4碳纳米胶囊（巨型富勒烯）的发现60

3.4煤基Y形碳纳米管的制备62

3.5电弧法制备煤基碳纳米管的形成机理65

3.5.1电弧等离子体对碳纳米管形成的影响65

3.5.2煤的结构对碳纳米管形成的影响68

3.5.3催化剂对竹节形和Y形碳纳米管的影响72

3.6小结74

4煤基单壁、双壁碳纳米管和纳米炭棒的制备研究76

4.1引言76

4.2煤基单壁碳纳米管的制备77

4.2.1复合煤基炭棒的制备77

4.2.2复合炭棒的电弧放电过程79

4.3单壁碳纳米管的表征80

4.3.1单壁碳纳米管的电镜观察80

4.3.2单壁碳纳米管的拉曼光谱表征83

4.3.3煤基单壁碳纳米管制备的影响因素85

4.4煤基双壁碳纳米管的制备91

4.4.1实验过程与结果91

4.4.2双壁碳纳米管的电镜观察92

4.4.3双壁碳纳米管的拉曼光谱分析96

4.4.4双壁碳纳米管的孔结构及比表面积98

4.4.5双壁碳纳米管的可能形成机理99

4.5炭纳米棒的制备102

4.5.1制备方法102

4.5.2炭纳米棒的表征102

4.5.3炭纳米棒的潜在应用105

4.6小结106

5电弧等离子体法制备炭微球107

5.1引言107

5.2炭微球的制备方法108

5.3煤基炭微球的表征109

5.3.1煤基炭微球的电镜观察109

5.3.2炭微球的拉曼光谱和X-射线衍射分析114

5.4炭微球的形成机理116

5.4.1煤基炭微球形成的影响因素116

5.4.2煤的基本结构单元117

5.4.3煤基炭微球的形成机理118

5.5小结119

6电弧法制备微米炭材料的研究121

6.1引言121

6.2制备方法122

6.2.1电极的制备122

6.2.2实验过程与结果122

6.3炭微米树的电镜观察124

6.3.1乙炔裂解制备炭微米树124

6.3.2甲烷裂解制备炭微米树127

6.3.3影响炭微米树生长的因素129

6.4生物形态微米炭材料的制备132

6.5花形微米炭材料的电镜观察135

6.6电弧放电条件下微米炭的形成机理137

6.6.1微米炭形成的前驱体137

6.6.2乙炔在电弧等离子体中的分解状况138

6.6.3煤基炭棒的物理结构140

6.6.4炭微米树的可能形成机理140

6.7小结143

7结论144

参考文献148

创新点摘要164

作者学术成果索引165

致谢174