本申請涉及微納米粉體材料領(lǐng)域，具體地，涉及碳微球及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、碳原子因其獨特的電子結(jié)構(gòu)，具有多種雜化態(tài)，主要包括sp3雜化態(tài)碳(如金剛石)、sp2雜化態(tài)碳(如石墨烯、富勒烯、碳納米管等)以及包含sp和sp2雜化態(tài)的混合雜化軌道材料(如石墨炔)等。這些不同雜化態(tài)的碳材料展現(xiàn)出多樣化的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，使得碳材料在眾多領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用潛力。但是，單一雜化態(tài)的碳材料難以滿足日益增長的綜合性能需求。

2、需要說明的是，上述的陳述僅用于提供與本申請有關(guān)的背景技術(shù)信息，而不必然地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、在本申請的第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N制備碳微球的方法，包括：于碳基底一側(cè)形成液態(tài)金屬層；對所述碳基底具有所述液態(tài)金屬層的一側(cè)進行第一微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理，令所述碳基底的溫度升高至刻蝕溫度，以得到具有刻蝕面的所述碳基底；所述第一微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理的第一氣源包括氫氣，所述刻蝕溫度大于所述液態(tài)金屬層的蒸發(fā)溫度，所述刻蝕溫度大于所述碳基底的分解溫度，所述碳基底的分解溫度大于所述液態(tài)金屬層的蒸發(fā)溫度；對所述碳基底具有所述刻蝕面一側(cè)進行第二微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理，以得到碳微球；所述第二微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理的第二氣源包括氫氣和甲烷。

2、由此，液態(tài)金屬層可以阻止碳基底過早地被刻蝕和形核，從而降低碳基底表面形成團聚體的風(fēng)險，使碳基底表面更傾向于形成單一的球狀結(jié)構(gòu)。經(jīng)過氫氣刻蝕的碳基底表面產(chǎn)生懸鍵，甲烷作為sp3雜化態(tài)碳的來源，離子化的甲烷氣可以與碳基底表面的懸鍵結(jié)合，促使碳基底表面的sp2雜化態(tài)碳向sp3雜化態(tài)碳轉(zhuǎn)變，形成sp3的c-c鍵，進而可以在碳基底表面二次形核，形成金剛石。因此，本申請制備得到的碳微球包括sp2雜化態(tài)碳和sp3雜化態(tài)碳。

3、在一些實施方式中，所述第二氣源中，所述甲烷與所述氫氣的流速比為(0-15):100。由此，甲烷作為sp3雜化態(tài)碳的來源，通過調(diào)控甲烷的用量，可以調(diào)控碳微球中sp3雜化態(tài)碳的含量和晶體結(jié)構(gòu)。

4、在一些實施方式中，所述液態(tài)金屬層包括金屬鎵、鎵鐵合金、鎵鎂合金、鎵鎳合金、鎵鐵鎳合金、鎵鋅合金、鎵鎂鋅合金、鎵銦合金、鎵錫合金、鎵銦錫合金中的至少一種。由此，金屬鎵以及鎵基合金適用于本申請制備碳微球的方法。

5、在一些實施方式中，所述碳基底包括石墨、玻璃碳中的至少一種。由此，選擇合適材料的碳基底作為反應(yīng)基底，不僅為碳微球的生長提供了穩(wěn)定的平臺，同時也是sp2雜化態(tài)碳的來源。

6、在一些實施方式中，所述于碳基底一側(cè)形成液態(tài)金屬層滿足以下條件中的至少一種：所述碳基底的表面溫度為21℃-25℃；所述碳基底的表面相對濕度小于或等于65％。由此，需要嚴(yán)格控制碳基底的表面溫度和表面相對濕度，以使碳基底表面形成液態(tài)金屬層。

7、在一些實施方式中，所述刻蝕溫度為800℃-850℃。由此，選擇合適的刻蝕溫度，可以對碳基底進行有效刻蝕，又可以減少過度刻蝕的風(fēng)險。

8、在一些實施方式中，所述第二微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理，滿足以下條件中的至少一種：所述第二微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理的微波功率為3600w-4600w；所述第二微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理的反應(yīng)時間為30min-90min；所述第二微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理的工作壓力為17.3kpa-20kpa；所述第二微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理中，所述碳基底具有所述刻蝕面一側(cè)的溫度為900℃-1100℃。由此，通過控制第二微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理的參數(shù)，可以調(diào)控碳微球中sp2雜化態(tài)碳和sp3雜化態(tài)碳的比例，以及sp3雜化態(tài)碳的形態(tài)。

9、本申請的第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环N碳微球，由前述方法制備得到，所述碳微球包括sp2雜化態(tài)碳和sp3雜化態(tài)碳。由此，本申請的碳微球既具有導(dǎo)電性、柔韌性，又具有良好的導(dǎo)熱性和硬度。

10、在一些實施方式中，所述碳微球的粒徑為5μm-300μm。由此，本申請的碳微球的具有較大的粒徑范圍，可以根據(jù)實際所需調(diào)整碳微球的粒徑。

11、在一些實施方式中，所述sp3雜化態(tài)碳包括非晶金剛石、多晶金剛石中的至少一種。由此，本申請可以根據(jù)實際所需調(diào)整sp3雜化態(tài)碳的種類。

12、在一些實施方式中，所述sp2雜化態(tài)碳包括石墨。

13、本申請的第三方面，本申請?zhí)峁┝瞬捎帽旧暾埖谝环矫娴闹苽浞椒ǖ玫降奶嘉⑶蚝捅旧暾埖诙矫娴奶嘉⑶蛟陔姵仉姌O材料、前沿半導(dǎo)體器件或人體親和性醫(yī)用造影材料中的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種制備碳微球的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二氣源中，所述甲烷與所述氫氣的流速比為(0-15):100。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)金屬層包括金屬鎵、鎵鐵合金、鎵鎂合金、鎵鎳合金、鎵鐵鎳合金、鎵鋅合金、鎵鎂鋅合金、鎵銦合金、鎵錫合金、鎵銦錫合金中的至少一種；和/或，

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，所述于碳基底一側(cè)形成液態(tài)金屬層滿足以下條件中的至少一種：

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，所述刻蝕溫度為800℃-850℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，所述第二微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理，滿足以下條件中的至少一種：

7.一種碳微球，其特征在于，由權(quán)利要求1-6任一項所述的方法制備得到，所述碳微球包括sp2雜化態(tài)碳和sp3雜化態(tài)碳。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳微球，其特征在于，所述碳微球的粒徑為5μm-300μm。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳微球，其特征在于，所述sp3雜化態(tài)碳包括非晶金剛石、多晶金剛石中的至少一種；和/或，

10.一種如權(quán)利要求7-9任一項所述的碳微球，或一種如權(quán)利要求1-8任一項所述的方法制備得到的碳微球在電池電極材料、前沿半導(dǎo)體器件或人體親和性醫(yī)用造影材料中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了碳微球及其制備方法和應(yīng)用。制備碳微球的方法包括：于碳基底一側(cè)形成液態(tài)金屬層；對碳基底具有液態(tài)金屬層的一側(cè)進行第一微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理，令碳基底的溫度升高至刻蝕溫度，以得到具有刻蝕面的碳基底；第一微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理的第一氣源包括氫氣，刻蝕溫度大于液態(tài)金屬層的蒸發(fā)溫度，刻蝕溫度大于碳基底的分解溫度，碳基底的分解溫度大于液態(tài)金屬層的蒸發(fā)溫度；對碳基底具有刻蝕面一側(cè)進行第二微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理，以得到碳微球；第二微波等離子體化學(xué)氣相沉積處理的第二氣源包括氫氣和甲烷。由此本申請制備得到的碳微球包括sp<supgt;2</supgt;雜化態(tài)碳和sp<supgt;3</supgt;雜化態(tài)碳。

技術(shù)研發(fā)人員：林寧,趙仕琪
受保護的技術(shù)使用者：甬江實驗室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28