[0049] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
[0050] 实施例1、开放环境下电晕放电制备碳纳米材料的装置，如图1-3所示，包括反应装置1、流量控制装置、气体供应装置和产物收集装置4。反应装置1顶部开口，底部封闭。反应装置1内腔底部(下半部分)设置有蜂窝体13，蜂窝体13为圆柱形，为多孔状陶瓷蜂窝，反应装置1内腔顶部(反应装置1上半部分，即反应装置1内腔除了蜂窝体13以外的部分)为催化燃烧腔12；蜂窝体13上设置有均与催化燃烧腔12连通的燃料通道11和等离子体放电通道131，燃料通道11位于蜂窝体13边缘，等离子体放电通道131位于蜂窝体13中心位置(本发明使用四个等离子体放电通道131，四个等离子体放电通道131均匀设置在蜂窝体13中心位置)，即燃料通道11位于等离子体放电通道131的四周；通过燃料通道11的燃料与通过等离子体放电通道131的氧化剂在催化燃烧腔12处混合燃烧，形成多重逆扩散火焰。
[0051] 流量控制装置包括均与控制开关8相连的质量流量控制器一21、质量流量控制器二22、质量流量控制器三23、质量流量控制器四24和质量流量控制器五25；(为了图1的整洁，控制开关8未连接所有的流量控制装置)。
[0052] 气体供应装置包括燃料罐一31、燃料罐二32、惰性气体罐33和氧化剂罐34；燃料罐一31中的燃料一般为氢气，燃料罐二32中的燃料为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等低碳链式烃中的任意一种，实验中两种燃料以不同比例混合；惰性气体罐33中含有惰性气体，惰性气体可以采用氮气或氩气；氧化剂罐34中含有氧化剂，氧化剂可以采用空气或氧气。
[0053] 实验中两种燃料(燃料罐一31中的氢气和燃料罐二32中的低碳链式烃)以不同比例混合；氢气能提供燃烧所需的足够能源，而低碳链式烃提供产生石墨烯的碳源；实验中两种燃料以不同比例混合，可以获得不同的燃烧温度。
[0054] 产物收集装置4设置在反应装置1正上方，产物收集装置4由收集基板42和基底支撑41组成，基底支撑41用于支撑收集基板42。收集基板42的材料为铜、镍、铜镍或铬镍铁合金。
[0055] 产物收集装置4和反应装置1之间设置有后燃烧器6。后燃烧器6燃烧去除不完全燃烧的燃料，以防造成空气污染；
[0056] 反应装置1底部安装有直径6mm的氧化剂进口15和燃料进口14，燃料进口14与燃料通道11连通，氧化剂进口15与离子体放电通道131连通；氧化剂进口15通过管道分别与质量流量控制器四24和质量流量控制器五25连通；质量流量控制器四24通过管道经过阀门三53后与惰性气体罐33连通(质量流量控制器四24和质量流量控制器三23均通过管道与阀门三53连接)；质量流量控制器五25通过管道经过阀门四54与氧化剂罐34连通。燃料进口14通过管道分别与质量流量控制器一21、质量流量控制器二22和质量流量控制器三23连通，质量流量控制器一21通过管道经过阀门一51与燃料罐一31连通，质量流量控制器二22通过管道经过阀门二52与燃料罐二32连通，质量流量控制器三23通过管道经过阀门三53后与惰性气体罐33连通。
[0057] 氧化剂与燃料在等离子体放电通道131出口(顶部)混合。反应电极棒7接通电源(高压电源)后，在反应电极棒7顶部会产生电晕放电，燃料在电晕放电产生的电火花的作用下燃烧，形成多重逆扩散火焰，在气流的冲击下汇集到产物收集装置4(收集基板42)上生成目标产物石墨烯(或碳纳米管)。
[0058] 等离子体放电通道131的数量至少为四个(每个等离子体放电通道131都与相同的阀门三53和阀门四54连接)，氧化剂尽可能均匀进入等离子体放电通道131。
[0059] 等离子体放电通道131内设置有反应电极棒7，反应电极棒7的上端设置电极套71，反应电极棒7的上端伸入等离子体放电通道131中，反应电极棒7下端从反应装置1底部伸出，反应电极棒7下部设有绝缘套72，使反应电极棒7与反应装置1绝缘隔离。反应电极棒7伸出反应装置1后连接高压电源。电极套71最粗端至等离子体放电通道131内壁的距离为1～3mm，电极套71的作用为减小电晕放电的气隙，形成尖端放电，放电更加容易。同时弧线状电极有利于形成冲击式的放电火焰，在氧化剂的鼓吹下形成火焰来点燃燃料，最后冲击到产物收集装置4(收集基板42)上生成目标产物石墨烯；反应电极棒7伸入的长度可自行调整，以寻找到最佳的反应位置来提高反应产物的稳定性及产量。
[0060] 开放环境下电晕放电制备碳纳米材料的方法：
[0061] 氧化剂罐34中的氧化剂通过氧化剂进口15进入等离子体放电通道131中，燃料罐一31和燃料罐二32中的燃料都通过燃料进口14进入燃料通道11中，惰性气体罐33中的惰性气体可分别与氧化剂和燃料混合。在可燃混合气体中惰性气体浓度对火焰传播速度影响很大，燃烧速度随惰性气体浓度增加而下降，直至熄灭，通过调节惰性气体浓度来改变燃烧速度来达到不同的燃烧温度和燃尽程度。
[0062] 燃料在等离子体放电通道131周围的燃料通道11中流动，氧化剂在等离子体放电通道131内流动。燃料通道11和等离子体放电通道131通道相互独立，两路气体在燃料通道11和等离子体放电通道131的出口发生接触，然后在反应装置1的催化燃烧腔12内混合燃烧。
[0063] 在反应电极棒7顶部产生电晕放电，在等离子体放电通道131产生持续的脉冲火花；等离子体电晕放电过程能够电离氧化剂(O2、H2O)，产生大量的活性自由基(O、OH、O2*)，活性自由基能提高燃烧反应活性，加快反应速率，碳纳米材料的制备速度大大提高；同时反应活性的增强能提高燃料的燃尽度，减少传统火焰法不完全燃烧所产生的各种不确定污染物。
[0064] 脉冲火花在等离子体放电通道131的出口点燃催化燃烧腔12中的氢气和低碳链式烃，形成多重逆扩散火焰；多重逆扩散火焰即燃料在周围而氧化剂位于中心燃烧后形成的火焰。而正常的扩散火焰(过度通风的火焰)通常包括两个同心管，燃料插入内管，氧化剂流入外管。与正常扩散火焰相比，逆扩散火焰(不透气的火焰)具有相反的流动构造(外管中的燃料和内管中的氧化剂)。
[0065] 逆扩散火焰的优势：
[0066] 1、输入的氧化剂被完全消耗；
[0067] 2、可以生成大量的氢气和富碳物质；
[0068] 3、逆扩散火焰比正常扩散火焰产生更少的烟灰；
[0069] 4、用作石墨烯生长试剂的碳氢化合物的产生量远大于在预混合火焰中可产生的量；
[0070] 5、由于使用了许多小的扩散火焰，可以实现反应截面内的温度和化学物质的沿径向平衡，确保了石墨烯均匀的生长。
[0071] 燃烧后的产物在气流的冲击下汇集到产物收集装置4(收集基板42)上生成目标产物石墨烯(或碳纳米管)。对于收集基板42，石墨烯(FLG)在950℃下生成，当温度降低到500℃时，会产生碳纳米管(CNT)。在950℃燃烧温度下，10分钟后收集基板42上的石墨烯膜的厚度通常从AFM高度分布中发现大约为6nm，表明该膜由10到15个单层石墨烯组成。
[0072] 电晕放电火焰合成结构非常适用于开放气氛环境下的碳基纳米材料合成，以高速率提供大面积的产物形成；此外，本发明还能高效地使用燃料作为热源和反应物，以提高产物的纯度和产量，还可以连续加工以及降低成本。另外，通过调整局部生长条件，可以容易地合成其他碳纳米结构。
[0073] 对比例1：将反应电极棒71改成传统火焰，其余等同与实施例1，进行对比例1；
[0074] 本发明：在收集基板42上的石墨烯膜的厚度通常从AFM高度分布中发现大约为6nm，表明该膜由10到15个单层石墨烯组成。
[0075] 传统火焰燃烧：在收集基板42上的石墨烯膜的厚度通常从AFM高度分布中发现大约为4nm，表明该膜由8到10个单层石墨烯组成。
[0076] 实验中燃料罐一31中的气体为H2，燃料罐二32中的气体为CH4，惰性气体罐33中的气体为Ar，氧化剂罐34中的气体为O2；
[0077] Ar：(H2+CH4)＝1:10；Ar：O2＝1:10；各比例均为质量比；
[0078]
[0079]
[0080] 本发明在收集基板42使用铜、H2：CH4质量比为1:10、燃烧温度为950的时候，效果最佳。
[0081] 最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
