Основным химическим методом синтеза углеродных нанотрубок (УНТ) является химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Этот метод предполагает разложение углеводородных газов на металлическом катализаторе при высоких температурах, что приводит к образованию углеродных нанотрубок. CVD предпочитают за его масштабируемость и контроль над структурой нанотрубок, что делает его доминирующим коммерческим процессом.
Подробное объяснение:
-
Процесс химического осаждения из паровой фазы (CVD):
-
В процессе CVD газ-предшественник, обычно углеводород, такой как метан или этилен, пропускается над металлическим катализатором (часто железом, кобальтом или никелем) при высоких температурах, обычно от 600 до 1200 °C. Частицы металлического катализатора выступают в качестве мест зарождения, где атомы углерода из газа распадаются и затем вновь собираются в трубчатую структуру нанотрубок. Рост нанотрубок происходит в направлении, перпендикулярном поверхности катализатора.Подготовка катализатора и подложки:
-
Катализатор часто осаждается на подложку, которая может представлять собой кремниевую пластину или керамическую пластину. Частицы катализатора должны быть правильного размера (обычно 1-100 нм), чтобы способствовать росту нанотрубок. Подготовка слоя катализатора имеет решающее значение, поскольку она влияет на плотность, выравнивание и качество нанотрубок.
-
Параметры процесса:
-
Успех синтеза УНТ методом CVD зависит от нескольких параметров, включая температуру, скорость потока газа, давление и выбор катализатора. Например, более высокие температуры обычно способствуют ускорению роста, но могут привести к появлению дефектов в нанотрубках. Скорость потока газа влияет на концентрацию атомов углерода, доступных для роста, а давление может влиять на диффузию этих атомов к поверхности катализатора.Новые технологии и сырье:
Последние разработки в области CVD включают использование монооксида углерода в качестве сырья в модифицированных каталитических методах CVD. Кроме того, растет интерес к использованию экологически чистого сырья или отходов, таких как диоксид углерода, полученный электролизом в расплавленных солях или пиролизом метана. Эти методы направлены на получение УНТ при одновременной утилизации отходов окружающей среды и сокращении выбросов парниковых газов.
