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(yáng)金屬研究所沈陽(yáng)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(guò)程中陽(yáng)極石墨被蒸發(fā)消耗,同時(shí)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(shí)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(yáng)能

2、法：將陽(yáng)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(diǎn)介紹電弧放電法重點(diǎn)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(jì)初。人們就通過(guò)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(jìn)展卻已是近兩個(gè)世紀(jì)以后了，科學(xué)家采用電弧蒸發(fā)石墨電極的方法實(shí)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(zhǎng)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(dāng)時(shí)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(wú)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(lái)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(dá)到了克量級(jí).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(diǎn): 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(zhǎng)促進(jìn)劑,大大提高了產(chǎn)物的產(chǎn)量和質(zhì)量 3.改進(jìn)反應(yīng)裝置,實(shí)現(xiàn)了制備的半連續(xù)化,進(jìn)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(méi)有書(shū)上介紹詳細(xì)。故引用書(shū)中部分介紹。采用大陽(yáng)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(yáng)極產(chǎn)生一個(gè)斜角。以氫氣（圖中黑點(diǎn)）為緩沖氣。氫氣可以促進(jìn)催化劑的蒸發(fā)。所謂半連續(xù)半連續(xù)，就是由于陰陽(yáng)極的位置是可以改變的，在反應(yīng)中可以通過(guò)調(diào)節(jié)陰陽(yáng)極的位置，傾角來(lái)控制反應(yīng)進(jìn)度和效率。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1.圓形反應(yīng)器提供充足的反應(yīng)原料。2.陰陽(yáng)極的斜角有利于納米碳管移 到低溫區(qū)，提高產(chǎn)量。3.實(shí)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(wú)縫中空的納米級(jí)同軸圓柱體，兩端由半個(gè)富勒烯分子封項(xiàng)。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(gè)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(duì)比方法與方法的對(duì)比（個(gè)人看法）（個(gè)人看法）電弧法：電弧法：最早的方法。工藝簡(jiǎn)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(shí)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(jiǎn)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(gè)人比較喜歡這個(gè)方法。因?yàn)槲蚁氩怀鲞@個(gè)方法有什么致命的缺點(diǎn)，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(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)。我認(rèn)為可以用這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)小規(guī)模的工業(yè)化。太陽(yáng)能法：太陽(yáng)能法：這個(gè)方法聽(tīng)著就比較概念，理論家比較喜歡。對(duì)于務(wù)實(shí)的人來(lái)講就只能呵呵了。產(chǎn)量低，過(guò)程復(fù)雜，花錢多。好吧.還是有優(yōu)點(diǎn)的，環(huán)保。意義意義納米碳管作為納米碳管作為2121世紀(jì)最有潛力的纖維已經(jīng)悄然走進(jìn)了人們的生世紀(jì)最有潛力的纖維已經(jīng)悄然走進(jìn)了人們的生活。就拿我來(lái)說(shuō)，我愛(ài)打羽毛球，而我的拍

7、子從小時(shí)候的金屬活。就拿我來(lái)說(shuō)，我愛(ài)打羽毛球，而我的拍子從小時(shí)候的金屬制品已經(jīng)變成了號(hào)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(hào)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(duì)于專業(yè)或準(zhǔn)專業(yè)運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)，可以提高人的技術(shù)水平！然而對(duì)于專業(yè)或準(zhǔn)專業(yè)運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)，對(duì)球拍性能的追求的無(wú)窮盡的，球拍的硬度，這決定了拍子可對(duì)球拍性能的追求的無(wú)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(duì)球的控制程度越大。承受弦的張緊程度，越緊，對(duì)球的控制程度越大。0404年奧運(yùn)會(huì)年奧運(yùn)會(huì)上，羽毛球運(yùn)動(dòng)員的拍弦大概是上，羽毛球運(yùn)動(dòng)員的拍弦大概是3030磅，而磅，而0808年中國(guó)隊(duì)更換李寧年中國(guó)隊(duì)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(xiàng)目所有磅以上，結(jié)果是包攬羽毛球項(xiàng)目所有金牌。而納米碳管的出現(xiàn)顯然，讓金