Синтез углеродных нанотрубок (УНТ) включает в себя несколько методов, среди которых наиболее распространенным является химическое осаждение из паровой фазы (CVD) благодаря его экономичности и контролируемости структуры. Этот метод предполагает использование катализаторов и термическую обработку для облегчения роста УНТ из газообразных источников углерода. На процесс влияют такие параметры, как температура, концентрация источника углерода и время пребывания, которые существенно влияют на качество и выход УНТ.
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD):
CVD - это широко используемая технология для крупномасштабного синтеза УНТ. Она включает в себя разложение углеводородных газов при высоких температурах в присутствии металлических катализаторов, обычно железа, кобальта или никеля. Частицы катализатора способствуют образованию углеродных нанотрубок, адсорбируя углеродсодержащие газы и позволяя атомам углерода перестраиваться и формировать трубчатые структуры. Контроль над размером катализатора и условиями реакции (температура, давление, скорость потока газа) позволяет манипулировать свойствами УНТ, такими как диаметр, длина и хиральность.Каталитическое химическое осаждение из паровой фазы (CCVD):
- Это модифицированная версия CVD, в которой катализатор играет более активную роль в процессе роста. CCVD позволяет более точно контролировать структуру и ориентацию УНТ, что делает его подходящим для приложений, требующих выровненных или вертикально ориентированных УНТ. Использование монооксида углерода в качестве сырья в некоторых методах CCVD еще больше повышает эффективность и универсальность процесса.Другие методы:
- Лазерная абляция: Этот метод использует мощный лазер для испарения графитовой мишени, в результате чего образуются УНТ в газовой фазе, которые затем собираются. Этот метод особенно полезен для получения высококачественных одностенных УНТ, но он менее масштабируем и более энергоемок, чем CVD.
- Дуговой разряд: Этот метод предполагает использование электрической дуги между двумя графитовыми электродами в инертной атмосфере для получения УНТ. Несмотря на свою эффективность, он также менее управляем и масштабируем по сравнению с CVD.
Экологически чистое и отработанное сырье: Новые методы направлены на использование экологически чистых или отработанных материалов в качестве источников углерода. Например, диоксид углерода, улавливаемый при электролизе расплавленных солей, и пиролиз метана изучаются для получения УНТ с меньшим воздействием на окружающую среду.
Проблемы и соображения:
