微波技术在碳纳米管合成与修饰中的应用

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1、第27卷第2期辐射研究与辐射工艺学报、^)1．27．No．22009年4月J．Radiat．Res．Radiat．Process．April2009微波技术在碳纳米管合成与修饰中的应用李朋博颜红侠宋长文张翼(西北工业大学理学院应用化学系西安710072)摘要与传统方法相比，在碳纳米管合成、纯化及修饰中应用微波技术可以有效地促进反应，提高反应收率，缩短反应时间，抑制副反应的发生。本工作综述了微波技术在碳纳米管合成、纯化及修饰中的应用研究进展，并指出微波技术相对传统方法的优点。最后展望了今后的研究方

2、向。关键词微波技术，碳纳米管，合成，纯化，修饰中图分类号TLl3，O613．74，TB383，TB321碳纳米管(Carbonnanobutes，CNTs)具有优电、激光烧蚀和CVD法。其中前两种方法制得的异的机械、电子、热学和光学性能，使其在很多领CNTs纯度较低且易缠结，相比之下CVD法是一种域有广泛的应用。合成CNTs最常用的方法是化学发展比较成熟的碳纳米管制备技术。在一些诸如电气相沉积法(Chemicalvapordeposition，CVD)，然子互连和电子发射等装置的应用中，必须控制

3、CNTs而使用这种方法合成的CNTs并不能很好地控制垂直于生长基质以优化设备性能和空间效率。微波CNTs垂直于生长基质，且必须使用气体碳源。同等离子体增强化学气相沉积法较好地解决了这一问时，在CNTs的表面修饰中使用传统的热化学方法题，应用这种方法可以合成具有高密度、高电导率、存在传热速度慢、温度梯度大、反应速率低等问题。高纯度等优异性能的CNTs。Maschmann在微近年来人们发现将微波技术应用于CNTs的合成和波等离子体增强CVD合成CNTs过程中使用适当的修饰中，可以较好地解决上述问题，

4、因此这种技术直流偏压合成工艺，增加了基质的垂直性，合成了受到了人们的广泛关注和应用。独立垂直的单壁碳纳米管(Single—wallcarbon与传统加热法相比，微波加热节能、操作费用nanotubes，SWCNTs)。分析显示，增强偏压可以使低、反应时间短、过程控制容易。材料在微波作用合成的SWCNTs的排列性增加、空间密度降低。究下产生升温、熔融等物理效应，同时还可发生化学其原因，碳纳米管合成过程中应用直流偏压确保了反应。对于其加热原理，有致热效应和非热效应两使其沿电场线排列生长，而带正电荷氢

5、离子的轰击种不同的观点l】】：致热效应认为微波中的电磁场以使其密度降低。Chiu等口通过微波等离子体增强热每秒数亿次甚至数十亿次的频率转换方向，极性电丝化学气相沉积合成了高密度的CNTs。发现采用介质分子中的偶极矩的转向运动来不及跟上如此快微波等离子辅助可以合成高纯度、高密度的速的交变电场，致使极化滞后于电场，且极化产生SWCNTs，直径为3—5nnl的SWCNTs可以达到的电流有与电场相同的相位分量，导致材料内部摩0．3I／IlTI的长阵列；此外，还研究了产物的结构，结擦而发热；非热效应认为微

6、波场的存在会对分子运果发现产物具有高结晶度以及狭窄的粒径分布。动形成取向效应，使反应物分子在同轴线上的分运Hayashi等【4】采用微波等离子体化学气相沉积法合动相对增加，造成分子的有效碰撞频率增加，同时成了多壁碳纳米管(Multi．wallcarbonnanotubes，微波引起分子的转动进入亚稳定态，使反应更易进MWCNTs)，并测定了生成的MWCNTs的导电性行。本工作对近年来微波技术在CNTs合成、纯化能。研究表明，生成的MWCNTs具有较低的活化及修饰中的应用进行了综述，并展望了未来的

7、研究能，因此其电子传输能力较强。方向。Hiramatsu使用微波等离子体增强CVD法实现了在硅衬底上合成致密、排列成行的SWCNTs。1微波技术在CNTs合成中的应用合成过程中，在基质上使用钛或二氧化硅缓冲层以目前，合成CNTs主要有3种方法：电弧放防止对硅基质热处理产生的使合成过程变得复杂的陕西省自然科学基金项目(2007B10)、西安市科技计划项目(YF07005)资助第一作者：李朋博，男，1984年12月出生，2007年毕业于西北工业大学，化学工程与工艺专业，目前为西北工业大学硕士生，研究

8、方向为应用化学通讯联系人：颜红侠收稿日期：初稿2008-07．17，修回2008．08．26辐射研究与辐射工艺学报第27卷金属硅化物；使用沸石上的小孔为模版来控制金属助纯化。分析结果显示，过氧化氢的净化效率明显催化剂的尺寸以控制生成SWCNTs的尺寸和性能。要高于硝酸；当提纯温度低于180℃时纯化效率较Jasek等在大气压下，以甲烷为原料，铁和镍为催低，而当温度高于180℃时MWCNTs会发生分解，化剂，使用微波等离子体焰炬在硅衬底上合成了180qC的温度是保证MWCNTs不分解的前提下最MWC