[发明专利]一种新型sp3碳材料及其高压制备方法

说明书

本发明的一种新型sp³碳材料及其高压制备方法，属于超硬碳材料制备的技术领域。以C₆₀@SWNTs或C₇₀@SWNTs为原料，以金刚石对顶砧为加压装置，将样品装入样品腔，采取无传压介质的硬压方式，加压至大于或等于60GPa后卸压至常压，得到具有超硬特性的新型sp³碳材料。本发明所用原料常见、反应物成本低、制备过程简单安全，不需要加入温度变量，所制备超硬碳材料具有清晰可辨的X射线衍射峰，样品结晶性好，具有优异的机械性能，且在常压下可以稳定存在。

技术领域

本发明属于sp³碳材料制备的技术领域，具体涉及利用C₆₀掺杂的碳纳米管或C₇₀掺杂的碳纳米管为原料通过高压的方法制备具有新型结构超硬碳材料的新方法。

背景技术

碳是一种很常见的元素。由于其灵活的成键形式，它能以多种形式广泛存在。随着后来富勒烯、碳纳米管、以及石墨烯的发现，他们优异的物理、化学性质在各个领域中具有广泛的应用。材料的性质取决于其结构，因此设计合成具有新型结构的碳材料引起了人们强烈的科学兴趣，尤其是合成具有超硬特性的碳材料。

目前，人们利用不同的碳纳米材料作为前驱体，采用高压的手段来探索可能存在的超硬碳相。实验中利用石墨作为原料，在高压下合成具有超硬特性的新相，然而这个新相并不能在常压截获，同时由于实验中存在着X射线衍射峰数量少、信号较弱并且严重宽化的问题，这一高压结构并不能确定。相似的情况也发生在用碳纳米管为前驱体制备超硬碳材料中。目前为止，具有超硬特性的碳材料制备仍是一项具有挑战的工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种利用C₆₀掺杂的碳纳米管(记为 C₆₀@SWNTs)或C₇₀掺杂的碳纳米管(记为C₇₀@SWNTs)为前驱体在高压条件下合成具有超硬特性的新型sp³碳材料的新方法。

本发明的技术方案具体如下。

一种新型sp³碳材料的高压制备方法，以C₆₀@SWNTs或C₇₀@SWNTs为原料，以金刚石对顶砧为加压装置，将样品装入样品腔，采取无传压介质的硬压方式，加压至大于或等于60GPa后卸压至常压，得到具有超硬特性的新型sp³碳材料。

本发明的一种新型sp³碳材料的高压制备方法，更具体的步骤是:利用金刚石对顶砧压机预压金属铼片，厚度达到40-60μm，并在压痕中心钻取直径为 60-100μm的小孔作为样品腔，然后将C₆₀@SWNTs或C₇₀@SWNTs样品填满样品腔，利用金刚石为压标物质，采取不添加任何传压介质的硬压方式进行加压，当压力达到60GPa-70GPa时，然后卸压至常压，得到具有超硬特性的新型sp³碳材料。