電弧放電法制備納米碳管

1、電弧放電法制備納米碳管電弧放電法制備納米碳管新型碳材料新型碳材料1616卷第一期卷第一期沈陽金屬研究所沈陽金屬研究所劉暢劉暢南理工孫暢制作南理工孫暢制作納米碳管制備方法納米碳管制備方法 電弧法：在真空容器中充滿一定壓力的惰性氣體或氫氣, 以摻有催化劑(金屬鎳、鈷、鐵等) 的石墨為電極,在電弧放電的過程中陽極石墨被蒸發(fā)消耗,同時在陰極石墨上沉積碳納米管, 從而生產(chǎn)出碳納米管。 激光蒸發(fā)法：利用激光束照射至含有金屬的石墨靶上,將其蒸發(fā),同時結(jié)合一定的反應(yīng)氣體,在基底和反應(yīng)腔壁上沉積出碳納米管。 熱催化法：調(diào)節(jié)放置在催化劑前驅(qū)體的位置控制催化劑的揮發(fā)速度和濃度，用改變氣流的方式收集納米碳管。 太陽能

2、法：將陽光聚焦于石墨烯樣品上，使碳原子蒸發(fā)，這些談升華后被吹到低溫區(qū)，并在低溫區(qū)沉積，形成納米碳管。重點介紹電弧放電法重點介紹電弧放電法 以等離子電弧作為物理基礎(chǔ)。 早在十九世紀初。人們就通過在兩根石墨電極間放電而首次發(fā)現(xiàn)了電弧。但應(yīng)用電弧技術(shù)從事炭材料研究并取得突破性進展卻已是近兩個世紀以后了，科學家采用電弧蒸發(fā)石墨電極的方法實現(xiàn)了C60的大量制備日本電鏡專家lijima在C60的制備裝置中充入了1.3*10-2MPa氬氣,起弧放電后在陰極的沉積物中意外地發(fā)現(xiàn)了一種針狀物.在高分辨電鏡下觀察到這些針狀物呈中空管狀,管壁由2層-50層不等的碳原子層組成,直徑為4nm -3onm長約1um人們把

3、這種直徑在納米尺度的中空管狀物命名為納米碳管納米碳管.當時得到的納米碳管只是作為一種副產(chǎn)品,產(chǎn)物中含有大量的富勒烯!無定形炭等雜質(zhì),碳管含量很低電弧放電法電弧放電法后來用氦氣取代氬氣作為緩沖氣體.并將氣體壓力提高到6.7*10-2MPa,這一調(diào)整使納米碳管的產(chǎn)量達到了克量級.而且其純度也大大提高。而裝置基本上與制備C60的裝置差不多。半連續(xù)氫電弧法半連續(xù)氫電弧法 與傳統(tǒng)電弧法相比,該方法具有以下特點: 1.用氫氣取代氦氣作為緩沖氣體.既降低了成本又提高了產(chǎn)物純度 2.采用了一種有效的含硫生長促進劑,大大提高了產(chǎn)物的產(chǎn)量和質(zhì)量 3.改進反應(yīng)裝置,實現(xiàn)了制備的半連續(xù)化,進一步提高了產(chǎn)量.半連續(xù)氫電

4、弧法半連續(xù)氫電弧法此段，論文沒有書上介紹詳細。故引用書中部分介紹。采用大陽極小陰極。陰極是像筆一樣的石墨棒，與有石墨粉和催化劑混合的陽極產(chǎn)生一個斜角。以氫氣（圖中黑點）為緩沖氣。氫氣可以促進催化劑的蒸發(fā)。所謂半連續(xù)半連續(xù)，就是由于陰陽極的位置是可以改變的，在反應(yīng)中可以通過調(diào)節(jié)陰陽極的位置，傾角來控制反應(yīng)進度和效率。優(yōu)點：優(yōu)點：1.圓形反應(yīng)器提供充足的反應(yīng)原料。2.陰陽極的斜角有利于納米碳管移 到低溫區(qū)，提高產(chǎn)量。3.實現(xiàn)了半連續(xù)化，增加可控性。納米碳管的表征碳納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料，可看作是由片層結(jié)構(gòu)的石墨卷成的無縫中空的納米級同軸圓柱體，兩端由半個富勒烯分子封項。根據(jù)碳納米管

5、管壁的層數(shù)，碳納米管可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管，單壁碳納米管可看成是由單層片狀石墨卷曲而成的圓柱結(jié)構(gòu)，而多壁碳納米管可理解為多個不同直徑的單壁碳納米管相互嵌套而成。不同手性的單壁碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖石墨烯六邊網(wǎng)格的卷曲示意圖納米碳管的表征掃描電子顯微鏡法（SEM）-納米碳管雙壁碳納米管TEM圖單壁碳納米管TEM圖透射電子顯微鏡法：方法與方法的對比方法與方法的對比（個人看法）（個人看法）電弧法：電弧法：最早的方法。工藝簡單，速度快，成熟，可控，納米碳管純度較高。但是電弧溫度高，容易發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象，容易引入雜質(zhì)，產(chǎn)量不高。激光蒸汽法：激光蒸汽法：利用激光照射，可以連續(xù)工作，快！但是純度不一定保證

6、，而且激光實在是太耗能，而且不安全。催化熱解法：催化熱解法：溫度低，設(shè)備簡單，安全，可大量制備高純度的納米碳管，并且也是連續(xù)工作。個人比較喜歡這個方法。因為我想不出這個方法有什么致命的缺點，可能不如電弧法效率高，但是其安全系數(shù)和產(chǎn)量和產(chǎn)品純度足以彌補這個缺點。我認為可以用這個方法實現(xiàn)小規(guī)模的工業(yè)化。太陽能法：太陽能法：這個方法聽著就比較概念，理論家比較喜歡。對于務(wù)實的人來講就只能呵呵了。產(chǎn)量低，過程復(fù)雜，花錢多。好吧.還是有優(yōu)點的，環(huán)保。意義意義納米碳管作為納米碳管作為2121世紀最有潛力的纖維已經(jīng)悄然走進了人們的生世紀最有潛力的纖維已經(jīng)悄然走進了人們的生活。就拿我來說，我愛打羽毛球，而我的拍

7、子從小時候的金屬活。就拿我來說，我愛打羽毛球，而我的拍子從小時候的金屬制品已經(jīng)變成了號稱使用納米技術(shù)的碳素球拍，的確非常好用，制品已經(jīng)變成了號稱使用納米技術(shù)的碳素球拍，的確非常好用，可以提高人的技術(shù)水平！然而對于專業(yè)或準專業(yè)運動員來說，可以提高人的技術(shù)水平！然而對于專業(yè)或準專業(yè)運動員來說，對球拍性能的追求的無窮盡的，球拍的硬度，這決定了拍子可對球拍性能的追求的無窮盡的，球拍的硬度，這決定了拍子可承受弦的張緊程度，越緊，對球的控制程度越大。承受弦的張緊程度，越緊，對球的控制程度越大。0404年奧運會年奧運會上，羽毛球運動員的拍弦大概是上，羽毛球運動員的拍弦大概是3030磅，而磅，而0808年中國隊更換李寧年中國隊更換李寧牌球拍，將拍弦增加值牌球拍，將拍弦增加值3636磅以上，結(jié)果是包攬羽毛球項目所有磅以上，結(jié)果是包攬羽毛球項目所有金牌。而納米碳管的出現(xiàn)顯然，讓金