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为探究液化石油气（LPG）预混火焰对碳纳米纤维（CNFs）生长的影响，研究人员开展相关研究。结果表明 LPG 预混火焰合成 CNFs 可行，且不同当量比影响 CNFs 形态和结晶度。该研究为 CNFs 低成本生产提供新思路。
在神奇的纳米材料世界里，碳纳米纤维（Carbon Nanofibers，CNFs）凭借独特的结构和优异的性能，成为众多领域的 “香饽饽”。它在电池储能、电子设备、生物医学等方面都有广泛应用，比如在电池中，能提升储能性能；在电子设备里，可优化材料特性 。然而，传统合成 CNFs 的方法，像使用甲烷、乙烯等单一组分燃料的化学气相沉积法，成本较高，限制了 CNFs 的大规模应用。液化石油气（Liquefied Petroleum Gas，LPG）作为一种廉价的工业材料，有望成为合成 CNFs 的新选择，但目前人们对 LPG 火焰影响 CNFs 生长的机制了解十分有限。为了攻克这一难题，推动 CNFs 低成本大规模生产，相关研究人员开展了深入研究，研究成果发表在《Beilstein Journal of Nanotechnology》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是制备负载镍催化剂的氧化锆珠，将其作为合成 CNFs 的基底。实验装置上，搭建了预混火焰燃烧器，通过数字流量计精准控制 LPG、氧气和氮气的流量。利用 K 型热电偶测量火焰温度，借助场发射扫描电子显微镜（Field-Emission Scanning Electron Microscopy，FESEM）观察 CNFs 的形貌，运用拉曼光谱（Raman spectroscopy）分析 CNFs 的结构特征 。
火焰表征与温度
研究人员先对 LPG - 空气扩散火焰进行研究，发现较低的 LPG 流量能使火焰更稳定。在确定稳定的扩散火焰条件（当量比 Φ = 0.77）后，制备出预混火焰。预混火焰比扩散火焰更稳定，且在当量比为 1.8 时，会形成二次扩散火焰。通过测量火焰温度分布发现，CNFs 生长的理想温度在 550 - 650°C，在燃烧器上方 10mm 处，温度约为 650°C，符合 CNFs 生长要求。而且，LPG 预混火焰的温度分布与甲烷预混火焰不同，其二次扩散火焰会使整体温度升高 。
纳米材料生长与表征
研究人员计算不同流量下的当量比并进行实验。结果显示，当量比为 0.77 和 1.16 时，基底上无 CNFs 生长；当量比为 1.60 和 1.80 时，有 CNFs 生长，且 1.80 时生长速率更高。通过 FESEM 观察发现，当量比为 1.60 时，样品中有大量无定形碳，CNFs 直径较大，平均约 114nm；当量比为 1.80 时，无定形碳较少，CNFs 平均直径约 78nm。拉曼光谱分析表明，合成的 CNFs 存在较多缺陷，D 带和 G 带强度的ID/IG 比大于 1.13 。
研究结论表明，LPG 预混火焰合成 CNFs 是可行的。在当量比 0.77 - 1.80 范围内，预混火焰稳定。不同当量比显著影响 CNFs 的生长和形态，当量比降低，CNFs 直径增大，甚至会形成无定形碳。该研究为 CNFs 的低成本生产开辟了新路径，为后续大规模工业化生产提供了理论依据和实践指导，有助于推动 CNFs 在更多领域的广泛应用 。
