以真空噴氣式電弧合成石墨包裹奈米鐵晶粒之初步結果

石墨包裹奈米顆粒（GEM）之結構分為內核及外殼，內核是奈米級的金屬顆粒，外殼則是多層的石墨，顆粒大小介於10-100 nm之間。由於外層的石墨層可保護內部的金屬顆粒免於氧化或酸侵蝕，因此可以長期保持金屬顆粒在奈米尺度下的行為與特性。GEM因為具有極大的比表面積及穩定的物性，所以是一種非常具有應用潛力的奈米材料。本研究工作分為兩大部分，第一是為了要能夠控制產物的粒徑，我們設計製造了全新的真空艙，並率先採用了環型噴氣的設計來合成GEM。初步實驗結果發現，當使用環型噴氣合成石墨包裹奈米鐵晶粒，產物會自燃而形成氧化鐵，顯示顆粒變小後會促進鐵的自燃反應，目前雖以水中收集法避免初產物在一開艙就立刻自燃氧化的情形，但在後續酸溶純化過程中仍有顆粒迅速氧化的現象，此為尚待解決的問題。第二部份的工作則是發展出使用鑽石碳源的製程，以避免因為噴氣而減低產量。經過實驗後發現使用人造鑽石作為碳源時，初產物的產量提高50%，而酸溶後純化之良率也提高為250%。由於人造鑽石在常壓下是亞穩定相，所以在實驗中比石墨（原始實驗所採用的碳源）更容易溶進金屬中，因而提高了石墨在金屬中的溶解度與均勻度，有效減低原先包裹不完全或是碳質碎屑過多的問題。