直流电弧等离子体法作为一种纳米材料制备方法,具有操作方便、安全可靠、可控性高、高的热性能、高的化学活性、极快的冷却速度和反应气氛可控等优点。同时,近几年碳纳米材料因其优异的性能,已引起科研工作者的关注。现今,直流电弧等离子体法通过控制反应气氛、反应压力、催化剂的种类以及收集位点的不同,已制备出富勒烯、碳纳米管、石墨烯、碳纳米角和不定型碳球等碳纳米材料。然而,不同的科研工作者在同种气氛、同一收集位点得到了不同的碳纳米材料,这对直流电弧等离体法制备碳纳米材料机理的研究造成了困难。本文通过在氮气、氢气和氩气气氛下制备出碳纳米角、石墨烯和不定型碳球,来探究电弧等离子体法制备碳纳米材料的生长机理。首先,在氢气下,制备出片层尺寸为200~400 nm、层厚为2~4且结晶度好的石墨烯片层;而在氮气气氛下得到聚集大小为50~80 nm球型、“大丽花”状的碳纳米角;在氩气气氛下得到了尺寸为30~80 nm的不定型碳球。同时,在上述三种气氛下,探究了四种不同压力,分别为40、50、60和70 KPa对碳纳米材料形貌的影响。得出:随着压力的上升,氢气下制备的石墨烯纯度更高、层数更少,氮气下制备的碳纳米角纯度更高,氩气下制备的碳球有向碳纳米角转化的趋势。在三种混合气体中,氢气/氮气、氢气/氩气条件下均制备出石墨烯,而在氮气/氩气气氛下得到了碳纳米角。根据上述实验得出直流电弧等离子体法制备碳纳米材料的生长机理:在氩气气氛下,氩原子很难与碳簇发生反应,仅碳簇随即结合经冷凝-成核-长大而形成不定型碳球;在氢气气氛下,碳簇与氢结合而成键,而形成的键阻碍了片层的弯曲,利于形成片层结构的石墨烯;在氮气气氛下,氮掺杂进入碳簇中,引起石墨片层弯曲,而形成碳纳米角,随着远离电弧中心区,单根碳纳米角聚集成球形聚集体。通过在氮气、氢气和氩气气氛下在不同压力下制备出碳纳米角、石墨烯和不定型碳球;同时,在氢气/氮气、氢气/氩气三种混合气氛下制备出石墨烯和碳纳米角。从而,推理出直流电弧等离子体法制备碳纳米材料的机理:氢是石墨烯片层生成的关键,而氮是碳纳米角产生的关键。为直流电弧等离子体法制备碳纳米材料指明了方向,也为大规模制备石墨烯、碳纳米角打下了基础。