Методы выращивания нанотрубок в основном включают три основные технологии: лазерную абляцию, дуговой разряд и химическое осаждение из паровой фазы (CVD), причем CVD является наиболее коммерчески доминирующим. Кроме того, существуют вариации и усовершенствования этих методов, такие как химическое осаждение из паровой фазы с усилением плазмы (PECVD) и использование альтернативных исходных материалов, таких как углекислый газ и метан.
Лазерная абляция и дуговой разряд:
Это традиционные методы получения углеродных нанотрубок. Лазерная абляция предполагает испарение углерода с помощью лазера, а дуговой разряд использует сильноточную дугу между углеродными электродами для получения тепла, необходимого для испарения углерода. Оба метода требуют высоких температур и эффективны, но в коммерческих целях используются реже из-за энергоемкости и сложности процессов.Химическое осаждение из паровой фазы (CVD):
-
CVD - наиболее распространенный метод коммерческого производства углеродных нанотрубок. Он включает в себя разложение углеродсодержащего газа при высоких температурах (обычно выше 800°C) на подложке, покрытой катализатором. Частицы катализатора способствуют росту нанотрубок, обеспечивая места зарождения. CVD позволяет лучше контролировать свойства и ориентацию нанотрубок, что делает его пригодным для различных применений.Модифицированные методы CVD:
-
Химическое осаждение из паровой фазы с усилением плазмы (PECVD): В этом методе используется плазма для усиления химических реакций, протекающих в CVD, что позволяет снизить температуру осаждения (потенциально ниже 400°C). Это выгодно для приложений, требующих осаждения на чувствительных к температуре подложках, таких как стекло для полевых эмиссионных устройств. PECVD повышает активность реактивов, что приводит к более эффективному и контролируемому росту нанотрубок.
Использование альтернативного сырья: Инновации в CVD включают использование монооксида углерода, углекислого газа, улавливаемого электролизом в расплавленных солях, и пиролиза метана. Эти методы направлены на использование отходов или экологически чистого сырья, что уменьшает воздействие на окружающую среду и потенциально снижает затраты. Например, при пиролизе метана метан превращается в водород и твердый углерод, в том числе нанотрубки, эффективно поглощающие выбросы углерода.
Проблемы и соображения:
