|
| |
| 碳納米管材料制備技術(shù)研究現(xiàn)狀 |
| 來(lái)源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-07-24 10:57:43 瀏覽次數(shù)： |
|
| |
 碳納米管是由單層或多層石墨片繞中心按一定角度卷曲而成的無(wú)縫、中空納米管(原子排列結(jié)構(gòu)見圖1) 。按照所含石墨片層數(shù)的不同，碳納米管可以分成單壁碳納米管(Single—walled nanotubes，SWNTs)和多壁碳納米管(Multi—walled nanotubes，MWNTs)。其中，SWNTs由一層石墨片組成；MWNTs由多層石墨片組成，形狀與同軸電纜相似。
碳納米管因其小尺寸效應(yīng)和獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能。一維分子材料和六邊形完美連接結(jié)構(gòu)使碳納米管具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)；較大長(zhǎng)徑比及sp2、sp3雜化幾率不同使碳納米管具有優(yōu)良的彈性；直徑、螺旋角以及層間作用力等存在的差異使碳納米管兼具導(dǎo)體和半導(dǎo)體的特性；獨(dú)特的螺旋狀分子結(jié)構(gòu)使碳納米管構(gòu)筑的吸波材料具有比一般吸收材料高得多的吸收率。此外，碳納米管還具有獨(dú)特的光學(xué)性能，良好的熱傳導(dǎo)性，極高的耐酸、堿性和熱穩(wěn)定性。
1、碳納米管的制備
1．1電弧法
石墨電弧法是最早的、最典型的碳納米管合成方法。其原理為電弧室充惰性氣體保護(hù)，兩石墨棒電極靠近，拉起電弧，再拉開，以保持電弧穩(wěn)定。放電過(guò)程中陽(yáng)極溫度相對(duì)陰極較高，所以陽(yáng)極石墨棒不斷被消耗，同時(shí)在石墨陰極上沉積出含有碳納米管的產(chǎn)物。這種方法具有簡(jiǎn)單快速的特點(diǎn)，碳納米管能夠最大程度地石墨化，管缺陷少。但存在的缺點(diǎn)是：電弧放電劇烈，難以控制進(jìn)程和產(chǎn)物，合成物中有碳納米顆粒、無(wú)定形炭或石墨碎片等雜質(zhì)，雜質(zhì)很難分離。
1．2催化裂解法
催化裂解法亦稱為化學(xué)氣相沉積法，通過(guò)烴類或含碳氧化物在催化劑的催化下裂解而成。其基本原理為將有機(jī)氣體(如乙炔、乙烯等)混以一定比例的氮?dú)庾鳛閴褐茪怏w，通入事先除去氧的石英管中，在一定的溫度下，在催化劑表面裂解形成碳源，碳源通過(guò)催化劑擴(kuò)散，在催化劑后表面長(zhǎng)出碳納米管，同時(shí)推著小的催化劑顆粒前移。直到催化劑顆粒全部被石墨層包覆，碳納米管生長(zhǎng)結(jié)束。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：反應(yīng)過(guò)程易于控制，設(shè)備簡(jiǎn)單，原料成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)率高等。缺點(diǎn)是：反應(yīng)溫度低，碳納米管層數(shù)多，石墨化程度較差，存在較多的結(jié)晶缺陷，對(duì)碳納米管的力學(xué)性能及物理化學(xué)性能會(huì)有不良的影響。
1．3離子或激光蒸發(fā)法
1996年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者之一的Smally研究小組首次利用激光蒸發(fā)法合成了納米碳管。此后，激光蒸發(fā)法成為制備單壁碳納米管的有效方法之一。此法在氬氣氣流中，用雙脈沖激光蒸發(fā)含有Fe／Ni(或Co／Ni)的碳靶方法制備出直徑分布范罔在0.81—1.51 nm的單壁碳納米管。該法制備的碳納米管純度達(dá)70%～90%，基本不需要純化，但其設(shè)備復(fù)雜、能耗大、投資成本高。
1．4其他合成方法
近幾年來(lái)，科研工作者在改進(jìn)傳統(tǒng)制備技術(shù)的同時(shí)，探索和研究出了一系列新型碳納米管的制備技術(shù)，其中有水熱法、火焰法、超臨界流體技術(shù)、水中電弧法、固相熱解法、太陽(yáng)能法等。在碳納米管產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中，日本和美國(guó)一直處于領(lǐng)先的位置。目前，中國(guó)的碳納米管生產(chǎn)技術(shù)在國(guó)際上也具有一定的優(yōu)勢(shì)，清華大學(xué)和中科院等科研院所已具備一定規(guī)?；a(chǎn)的條件。
?歡迎進(jìn)入【粉體論壇】
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
