Синтез углеродных нанотрубок (УНТ) в основном включает три основных метода: лазерную абляцию, дуговой разряд и химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Среди них CVD является наиболее широко используемым методом как в исследовательских, так и в коммерческих приложениях благодаря своей универсальности и масштабируемости.
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD):
CVD - это процесс, в котором углеродсодержащие газы разлагаются при высоких температурах для осаждения углерода на подложку в виде нанотрубок. Этот метод позволяет точно контролировать размеры и выравнивание УНТ, что делает его пригодным для различных применений, включая электронику, композиты и накопители энергии. Температура, необходимая для CVD, обычно превышает 800°C, но достижения в области химического осаждения из паровой фазы с усилением плазмы (PECVD) позволили проводить синтез при гораздо более низких температурах (менее 400°C). Это особенно полезно для интеграции УНТ с чувствительными к температуре подложками, такими как стекло, в полевых эмиссионных приложениях.Химическое осаждение из паровой фазы с усилением плазмы (PECVD):
В технологии PECVD используется плазма для усиления химических реакций, участвующих в процессе осаждения, что позволяет снизить необходимую температуру. Эта технология имеет решающее значение для получения УНТ in situ при низких температурах, что необходимо для совмещения наноэлектронных устройств с традиционными технологиями обработки микроэлектроники. Возможность синтезировать УНТ при более низких температурах открывает возможности для создания интегральных схем сверхбольшой емкости и сверхбольшого масштаба.
Инновации в области сырья:
В традиционных методах CVD в качестве сырья часто используются углеводороды, такие как метан или этилен. Однако растет интерес к использованию экологически чистого или отработанного сырья для синтеза УНТ. Например, можно использовать углекислый газ, полученный электролизом в расплавленных солях, хотя существуют опасения по поводу качества получаемых таким образом УНТ. Пиролиз метана, при котором происходит прямое термическое разложение метана на водород и твердый углерод (включая УНТ), - еще один развивающийся метод. Такие компании, как CarbonMeta Technologies и Huntsman, изучают возможность использования метана из отходов или побочных продуктов в качестве сырья, что может зафиксировать выбросы углерода в физической форме, а не высвобождать их в виде парниковых газов.
Оптимизация процессов и оценка жизненного цикла:
