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| 碳納米管材料制備技術(shù)研究現狀 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-07-24 10:57:43 瀏覽次數： |
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 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(原子排列結構見(jiàn)圖1) 。按照所含石墨片層數的不同，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和獨特的分子結構，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構使碳納米管具有質(zhì)量輕、強度高的特點(diǎn)；較大長(cháng)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體和半導體的特性；獨特的螺旋狀分子結構使碳納米管構筑的吸波材料具有比一般吸收材料高得多的吸收率。此外，碳納米管還具有獨特的光學(xué)性能，良好的熱傳導性，極高的耐酸、堿性和熱穩定性。
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，兩石墨棒電極靠近，拉起電弧，再拉開(kāi)，以保持電弧穩定。放電過(guò)程中陽(yáng)極溫度相對陰極較高，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(chēng)為化學(xué)氣相沉積法，通過(guò)烴類(lèi)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氣體(如乙炔、乙烯等)混以一定比例的氮氣作為壓制氣體，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)催化劑擴散，在催化劑后表面長(cháng)出碳納米管，同時(shí)推著(zhù)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(cháng)結束。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：反應過(guò)程易于控制，設備簡(jiǎn)單，原料成本低，可大規模生產(chǎn)，產(chǎn)率高等。缺點(diǎn)是：反應溫度低，碳納米管層數多，石墨化程度較差，存在較多的結晶缺陷，對碳納米管的力學(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70%～90%，基本不需要純化，但其設備復雜、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，日本和美國一直處于領(lǐng)先的位置。目前，中國的碳納米管生產(chǎn)技術(shù)在國際上也具有一定的優(yōu)勢，清華大學(xué)和中科院等科研院所已具備一定規?；a(chǎn)的條件。
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