电爆炸法因能量利用率高、工艺参数可调、制备产物纯度高等优势,近来成为一种新型的纳米材料制备技术。通常以丝材作为电爆材料来制备纳米粉体,如Cu、Ni、Mo等,而一些材料很难制成丝,以粉末作为电爆材料也具有一定的优势,既可以用于电爆喷涂也可以用于材料合成。本文将天然石墨粉作为电爆材料来制备碳纳米材料,具有一定的创新和实际工业应用价值。本文在本实验室已有研究成果基础之上,设计开发了一种粉末电爆制备碳纳米材料的装置。该装置主要由约束爆炸装置、送粉装置、高压充电电路、收粉装置等组成。电动伸缩杆带动载料杆运动,载料杆与约束套形成一端封闭一端开口的约束管,粉末经送粉器定量输送至载料杆。当粉末随载料杆运动到离高压电极合适位置,借助气体放电机制,将脉冲大电流导入粉末,粉末在约束管内发生电爆炸。利用该装置,以天然石墨粉为原料,在一定电压不同约束管截面,和一定约束管截面不同电压下,进行电爆试验。通过显微观察分析制备产物形态变化,对一定约束管截面不同电压下的制备产物进行拉曼表征分析。初始电压8kv,约束管截面直径为3、4、5和6mm时,制备产物形态没发生变化,以颗粒型存在。在较小截面约束管,制备产物中除存在球形颗粒外还存在多面体颗粒,增加约束管截面,制备产物中多面体颗粒减少。在约束管截面直径为4mm,电压8、9、10和11kv时,制备产物中既存在颗粒型又有片层状。随电压升高制备产物中颗粒形态减少,片层状增多。电爆炸非平衡过程使粉末在约束管内发生电爆炸瞬间,气相和液相粒子并存。爆炸产物喷射出约束管,液相粒子凝固形成球形颗粒,气相粒子凝华形成多面体颗粒,爆炸瞬间产生的强大冲击波使石墨发生层状剥离,即制备产物中出现片层状。沉积在粉末上的能量密度随电压升高增加,伴随爆炸瞬间产物中气相份额大于液相,进而制备产物中颗粒型减少片层状增多。在约束管截面直径4mm,对不同电压下制备的碳纳米材料进行拉曼光谱分析,发现石墨粉电爆炸后发生了纳米化,制备产物中的颗粒为纳米石墨颗粒,片层状为石墨烯。特别在电压11kv时,制备产物中出现了大量片层状,通过拉曼光谱分析,及计算IG′/IG强度比,可以认为在该电爆参数下出现的片层状为层数在4层左右的石墨烯。