石墨包裹奈米晶粒是一種粒徑為1~100奈米(nm)的球狀復(fù)合材料，其內(nèi)核為金屬，外層為石墨。最早于1993年利用碳碳電弧法(Krätschmer-Huffman method)製造碳60的衍生材料的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)(Tomita et al,1993, Ruoff et al,1993)。當(dāng)時(shí)有許多人想要在碳60中間的空位中塞入其他的金屬，卻意外的在實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)少量的石墨包裹奈米晶粒。不過(guò)此法所製造出來(lái)的產(chǎn)物量極少(約幾百粒)，根本無(wú)法進(jìn)行科學(xué)的基礎(chǔ)研究。1995年Teng et al.與Dravid et al.提出以鎢電極為陰極，以石墨坩堝為陽(yáng)極，并將電極以垂直配置新方法以取代水平配置的舊方法。此改良式鎢電弧法的優(yōu)點(diǎn)為：穩(wěn)定性高、實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)且產(chǎn)生的雜質(zhì)較少；但因金屬的比例過(guò)大所以能用來(lái)包裹的碳之來(lái)源相對(duì)不足，無(wú)法有效率地將所有金屬顆粒包覆，造成產(chǎn)物在經(jīng)純化分離的過(guò)程后僅能回收少量的純石墨包裹奈米晶粒。目前已有科學(xué)家嘗試在氦氣中摻入少量甲烷，來(lái)增加對(duì)回收率的影響。

  對(duì)于碳含量不足的問(wèn)題，林春長(zhǎng)(2002)提出在純化分離的步驟之前加入真空熱處理的程序，使初產(chǎn)物之金屬顆?？梢员皇驳母暾?，進(jìn)而減少其中的碳雜質(zhì)。本研究則嘗試另一個(gè)增加碳含量的方法，在鎢電弧法的製程之中加入甲烷氣體，經(jīng)由甲烷的分解，提供石墨原料之外的碳來(lái)源，以解決碳含量不足的問(wèn)題。


  實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在高純氦氣中摻入少量甲烷，對(duì)回收率的增加有非常顯著之效果；于低電流變因的實(shí)驗(yàn)條件下，回收率可以高達(dá)60%左右，而在高電流的情況下也有約30%左右。相對(duì)于純氦氣的實(shí)驗(yàn)，不論是高電流或是低電流，回收率都不到5%。對(duì)于甲烷可以提昇回收率的原因推測(cè)有三：第一、甲烷在高溫下分解產(chǎn)生的碳，經(jīng)由二步驟機(jī)制中的催化效應(yīng)，可以使未包裹完整的顆粒外層包覆的更完整。第二、甲烷分解產(chǎn)生的氫原子在電弧區(qū)附近結(jié)合，放出的熱有助維持電弧區(qū)附近的高溫。第三、經(jīng)甲烷分解的氫原子可接在石墨邊緣的懸吊鍵(dangling bonds)上，有助于石墨的分解，對(duì)一開(kāi)始加進(jìn)坩堝的石墨原料，可令其以更小片的形式分散在金屬之中，因而有助于石墨的蒸發(fā)。至于高電流條件下回收率會(huì)較低，猜測(cè)是因?yàn)榻饘僬魵饬繒?huì)較低電流時(shí)來(lái)的多，但碳的蒸氣量并沒(méi)有相對(duì)增加。對(duì)于總產(chǎn)量來(lái)說(shuō)，以摻入甲烷的高電流變因之實(shí)驗(yàn)結(jié)果較佳，但是因?yàn)槠浠厥章瘦^差，所以此實(shí)驗(yàn)條件組合較易造成鎳金屬原料的浪費(fèi)。若將裝置改善為以一恰當(dāng)比例的甲烷/氦氣持續(xù)的在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過(guò)程中流通，應(yīng)該可以改善高電流實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的回收率。