碳纳米管的制备研究.pdf

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1、化工设计通讯工艺与设备第43卷第3期ChemicalEngineeringDesignCommunicationsTechnologyandEquipment2017年3月碳纳米管的制备研究11222秦秀兰，黄英，张杨，高明明，李倩（1.西北工业大学，理学院，陕西西安710072；2.西北大学现代学院，陕西西安710130）摘要：介绍了碳纳米管的研究背景、结构特征及其应用领域。重点讨论了碳纳米管的制备方法，即化学气相沉积法、直流电弧法、激光蒸发法等制备方法。关键词：碳纳米管；制备；结构特征；应用中图分类号：TB383.1文献标志码：A文章编号：1003–6490（2017）03–007

2、9–01StudyonPreparationofCarbonNanotubesQinXiu-lan，HuangYing，ZhangYang，GaoMing-ming，LiQianAbstract：inthispaper，theresearchbackground，structuralcharacteristicsandapplicationfieldsofcarbonnanotubesareintroduced.Thepreparationmethodsofcarbonnanotubes，suchaschemicalvapordeposition（chemicalvapour，CVD）

3、，directcurrentarc（ARC），laserevaporation（laserablation）andsoon，arediscussedindetail，andthepreparationmethodsofdischargearediscussed.Keywords：carbonnanotubes；preparation；structuralcharacteristics；application2碳纳米管是由碳元素组成，是碳原子通过sp杂化，形成波激发。该方法的缺点是：碳纳米管存在结构缺陷，易弯曲的六角环网状的空间拓扑结构。碳纳米管的直径在纳米量级，和变形，石墨化程度不高。

4、因此，需采取一定的后处理（如[2]而长度可达微米级至毫米级，长径比大，是准一维的量子线。高温退火），以消除缺陷，使管变直，石墨化增强。碳纳米管具有密度小、比表面积大、热化学稳定性好、力学1.2直流电弧法性能优异、良好的电磁性能和场发射性能，已成为最具有应电弧法是最早用于制备碳纳米管的工艺方法，制备装置用前景的低维纳米结构材料之一，在众多领域受到了广泛的中包括一对间距为lmm的石墨电极，整个系统保持在气压4关注和研究。碳纳米管不仅可以承受巨大的轴向张力，而且约10Pa的氦气气氛中，放电时，两电极间电弧放电可以形成还可以承受巨大的径向形变，抗拉强度达到50～200GPa，是3000℃以上的

5、高温，电极间产生的等离子体使阳极中的碳升钢的100倍，弹性模量可达1～1.8TPa，与金刚石的弹性模量华，形成的等离子体在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产相当，约为钢的5倍，密度却只有钢的1/6。碳纳米管在平行物CNTs，在电极中掺杂过渡金属催化剂等后可生成SWNT或于轴线方向的热传导性与金刚石相仿，而垂直方向又非常低。DWNT。在电弧放电中，调节气压、电流密度、电压、电极[3]多壁碳纳米管层与层之间的振动耦合很弱，每一层的热导率等关键参数，制备单壁和多壁碳纳米管。和比热容可以单独考虑，并具有理想的二维声子结构。碳纳该方法的优点是制备碳纳米管技术上比较简单，容易产米管的电磁性能也取决于

6、其直径和手性，不同条件下，碳纳生制备碳纳米管所需的高温，所得碳纳米管结构规整、石墨[1]米管可表现出金属、半导体或超导体性质。化程度较高。该法的缺点是设备较复杂、能耗高、副产物较多，由于碳纳米管具有这些独特的性质，使其可以用作储氢生成的碳纳米管与C60等产物混杂在一起，不利于后续的纯化[4]材料、新型碳纤维材料及增强材料、超级电容器的电极材料、分离。锂离子电池的电极材料、场致发射材料等。本文重点讨论碳1.3激光蒸发法纳米管的制备方法。激光蒸发法的基本原理是高温下（高于1200℃）用高能1碳纳米管的制备量密度的激光照射置于真空腔体内（约80kPa）的靶体表面，1.1化学气相沉积法将碳原子

7、或原子团簇激发出靶的表面。在载体气体中这些原化学气相沉积法是以碳氢化合物为碳源，在500～1200℃子或原子团簇相互碰撞而生成碳纳米管。该方法载体气体一[5]热解成碳簇，这些碳簇在催化剂的作用下生长成碳纳米管。般为氢气或氮气。这种方法既可制备单壁碳纳米管，又可制备多壁碳纳米管，参考文献独特之处是能合成有一定直径和长度的碳纳米管阵列。此种[1]BhattacharjeeY，BhingardiveV，BiswasS，etal.Constructio