Основными прекурсорами для получения углеродных нанотрубок (УНТ) являются углеводороды, в частности ацетилен, метан и этилен. Среди них ацетилен является наиболее прямым прекурсором, поскольку его можно использовать без дополнительных затрат энергии или термического преобразования в процессе синтеза. Метан и этилен, с другой стороны, требуют процессов термического преобразования для получения прямых углеродных прекурсоров, обычно превращаясь в ацетилен перед включением в углеродные нанотрубки.
Ацетилен как прямой прекурсор:
Ацетилен (C2H2) - это высокореакционный углеводород, который может непосредственно участвовать в формировании углеродных нанотрубок. Его структура с тройной связью позволяет легко диссоциировать на атомы углерода и водорода, которые необходимы для роста УНТ. Использование ацетилена в синтезе углеродных нанотрубок обычно требует более низких температур, что делает его более энергоэффективным прекурсором по сравнению с метаном и этиленом.Метан и этилен как непрямые прекурсоры:
Метан (CH4) и этилен (C2H4) не могут напрямую образовывать углеродные нанотрубки и должны подвергаться термической конверсии в ацетилен. Этот процесс включает в себя разрыв молекулярных связей и их реформирование в ацетилен, который затем служит прямым прекурсором для УНТ. Термическое превращение требует более высокой энергии активации по сравнению с прямым использованием ацетилена, что делает процесс синтеза более энергоемким.
Роль водорода и температуры в синтезе:
Водород играет определенную роль в синтезе углеродных нанотрубок из метана и этилена, восстанавливая катализатор или участвуя в термической реакции, что потенциально способствует росту УНТ. Температура синтеза также имеет решающее значение; более низкие температуры (ниже 400°C) могут быть достигнуты с помощью химического осаждения из паровой фазы с усилением плазмы (PECVD), что выгодно для осаждения углеродных нанотрубок на такие подложки, как стекло, для применения в полевой эмиссии.
Технологические соображения:
