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碳纳米管的物性与应用四
文件名称: 碳纳米管的物性与应用四
文件大小: 65K
文件类型:
上传时间: 2013-01-29 23:00:38
更新时间: 2013-01-29 23:00:38
下载次数: 142
文件简介
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。
详细介绍

5. 合成碳纳米管的方法:

1) 石墨电弧法

是最早的、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6050Pa,电流60A100A,电压19V25 V,电极间距1 mm4mm,产率50 %。在石墨棒中掺杂金属FeCoNi催化剂,改善碳纳米管产量和质量。 Iijima 等生产出了半径约1 nm的单层碳管。

点:4 000K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。

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。

2) 浮动催化法(即碳氢化合物催化分解法,又称CVD法)

是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=10mlminN2600mlmin,反应时间60min70min,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。

3) 激光蒸汽法

在氩气气流中,用双脉冲激光蒸发含有FeNi(CoNi)的碳靶方法制备出直径分布

范围在0.811.51nm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。

6. 展望

碳纳米管是纳米材料中开发价值最高的纳米材料之一,碳纳米管的导电性能优于铜,仅次于超导体,导热性能优于金刚石,并是已知的弹性模量和抗拉强度最高的材料。自从1991 年发现以来,经过各国科学家近10 年的研究,在基础研究和应用领域都取得了重要进展。可以预见随着研究领域新的发现,碳纳米管的应用领域将会越来越广,其酝藏的潜在的巨大经济价值将随着人们对它的认识的不断加深而充分体现出来。

用碳纳米管制成的薄膜材料将会对充电电池及燃料电池技术产生革命性的影响。由于用碳纳米管制造的分子晶体管的出现,在未来数10 年内,现在的以硅基材料为基础的微电子产品,有可能被以碳基材料为基础的具有功能更大、能耗更少的微电子产品所取代。碳纳米管读写探头和纳米信息存储薄膜一起,可将信息存储密度提高到十的十三次方~十的十四次方Bits/ 平方厘米 ,从而为个人信息系统的出现奠定基础。

碳纳米管具有非常光明的前景,可以相信在未来十年内,随着碳纳米管应用技术及产品的

开发,碳纳米管将会对众多领域产生重大而深刻的影响,并给人类带来巨大的利益。

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以上材料由物理系01级黄勇收集,整理成文。

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