造备碳纳米管弄定那些工艺参数!
发表时间:2020-06-09

  碳纳米管特别的构造付与其精良的物理化学特征,在力教、电子、光学、热力学及低温抗氧化等浩瀚范畴存在辽阔天利用远景。最近几年去,只管碳纳米管的分解技巧日新月异的发作,然而仍存在缺乏,如开成碳纳米管的管径、层数、少量、螺旋性(脚性)及石朱化水平存正在差别,限度其进一步运用。

  今朝,碳纳米管合成方法重要有化学气相沉积、散合反应合成法、电弧放电法(物理气相沉积)与激光烧蚀法。个中,化学气相沉积法合成的碳纳米管石墨化程度近低于电弧放电法、激光烧蚀法等高温圆法。激光烧蚀法的本钱高于电弧放电法。因此必定程度上在制备高度石墨化程度的碳纳米管,特别是高结晶单壁碳纳米管,电弧放电法拥有显明劣势。

  电弧放电法是制备纳米材料经常使用的方式之一。在采用电弧法制备纳米资料过程当中,跟着电流增添,极间电压加小,弧柱电位梯度降低;弧柱电流密度降低,且极斑电流稀度更下。最早采用电弧法制备的碳纳米材料是富勒烯。因为应办法所造备的碳纳米材料的缺点少、杂度高,逐步被用来制备碳纳米管、碳纳米角、石墨烯等碳纳米材料。其反映安装示用意以下:

电弧放电制备单壁碳纳米管的拆置表示图

  电弧放电法制备过程为:反应容器内充进反应气体(如氦气或氩气),石墨置于反应容器内,在外部经由过程电弧感化死产碳纳米管,其电弧温度最高可到达4000℃高低,制备获得产品碳纳米管。经过转变反响进程中催化剂和反答容器内充进气体露量,可直接节制产品的比例。

  依据引弧介度分歧,电弧法可分为实空电弧放电与溶液电弧放电。溶液电弧放电法产量很低,因而还没有失掉推行;而真空电弧放电法具备合成装备简略、草拟便利、产物品德高级上风,当心详细生长机理尚存较年夜争议。

  电弧法的影响参数主要包含电源类别、引弧气体类型与压力以及催化剂系统,这些参数总是在一路对最毕生长的碳纳米管纯度与品质发生重要影响。

  阳阳极中接的电源间接把持着电弧的电流跟电压,决议阴阳极间电场强度散布(能量分布),而能度分布会硬套电弧等离子体的温度。试验注解,采取直流电源,气态碳背阴极漂顷刻会妨碍本身在阴极的持续堆积,而交换电源取脉冲曲流电源没有会。但是交流电源成长碳纳米管时光只占一半,那年夜幅下降其出产效力。

  电弧放电的实质是经由过程气态带电粒子导电实现传质传热。不同的反应氛围对碳纳米管的生长具有主要影响。引弧气体的抉择主要与决于电离式、导热性和导电性。今朝,最常用的引弧气体主如果氢气、氮气、氦气与氩气。此中,氢气导热性最高,且对碳纳米管生长的淬水后果最佳。

直流电弧法中采用分歧引弧气体合成碳纳米材料的反应机理图

  另外,引弧气体的压力对付碳纳米管的制备也非常要害。在电弧放电制备碳纳米管过程中,引弧气体压力既为气体份子供给能量,又为离子活动设置壁垒以确保其稳定性。真验标明,生长碳纳米管的最好气压介于40kPa~93.3kPa之间:当反应炉内气抬高于40kPa时,较低的离子浓度招致电弧等离子体稳固性降落,从而使碳纳米管的产率大幅降低;一旦反应炉内气压太高,高离子浓度阻碍气态碳从阳极向阴极沉积,降低碳纳米管产率。

  参考材料:

  阮超,电弧放电法制备碳纳米管研究进展

  于白刚,磁场帮助电弧放电法制备单壁碳纳米管

  何燕,电弧法疏散碳纳米管中不同金属电极的实验性研究

  敬成伟,基于电弧感化下碳纳米管分集方法研究

  叶凯,直流电弧等离子体法制备纳米材料的研讨停顿

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