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合成碳纳米管的方法及优缺点

2017-06-09 10:30阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1106014574

浮动催化法

即碳氢化合物催化分解法，又称CVD法，目前使用最多和最有希望实现批量生产的工艺之一。

基本原理：将有机气体(如乙炔、乙烯等)混以一定比例的氮气作为压制气体，通入事先除去氧的石英管中，在一定的温度下，在催化剂表面裂解形成碳源，碳源通过催化剂扩散，在催化剂后表面长出碳纳米管，同时推着小的催化剂颗粒前移。直到催化剂颗粒全部被石墨层包覆，碳纳米管生长结束。

影响因素：催化剂的选择，反应温度、时间，气流量等。碳纳米管的直径的大小依赖于催化剂颗粒的直径。

实验理想参数：温度为650
℃～700℃，气体流量＝10ml／min、N2＝600ml／min，反应时间60min～70min，产率高达90 ％ 以上。

优点：有反应过程易于控制，设备简单，原料成本低，可大规模生产，产率高等优点。

缺点：反应温度低，碳纳米管层数多，石墨化程度较差，存在较多的结晶缺陷，对碳纳米管的力学性能及物理化学性能会有不良的影响。

石墨电弧法

最早的、最典型的碳纳米管合成方法。

基本原理：电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定。放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物。

影响因素：载气类型、气压、电弧的电压、电流、电极间距等。

理想的工艺条件：氦气为载气，气压60—50Pa，电流60A～100A，电压19V～25 V，电极间距1mm～4mm，产率50％。在石墨棒中掺杂金属Fe、Co、Ni催化剂，改善碳纳米管产量和质量，生产出了半径约1nm的单层碳管。

优点：4000K的高温碳纳米管最大程度地石墨化，管缺陷少，比较能反映碳纳米管的真正性能。

缺点：电弧放电剧烈，难以控制进程和产物，合成物中有碳纳米颗粒、无定形炭或石墨碎片等杂质，碳管和杂质融合在一起，很难分离。

激光蒸汽法

在氩气气流中，用双脉冲激光蒸发含有Fe／Ni(或Co／Ni)的碳靶方法制备出直径分布范围在0.81—1.51nm的单壁碳纳米管。该法制备的碳纳米管纯度达70~90％，基本不需要纯化，但其设备复杂、能耗大、投资成本高。

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