ａ顶部生长机理
b顶部生长机理
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3.CVD制备碳纳米管
3.2CVD制备碳纳米管的生长机理 c.碳帽机理：通过在原来的碳帽下面形成新的碳帽，然后由碳帽长 出新的圆筒管，原来的碳帽则被提升并且其开口端仍吸附在催化剂微 粒上。最初的表面层可能沿着微粒继续生长，这会覆盖整个催化剂微 粒使其失去催化活性，于是碳纳米管停止生长。 d.气—液—固生长机理（VLS机理）：在800℃~1000℃的高温下 呈液态的催化剂微粒是反应的活性点，它吸收气体中的碳原子簇直至 过饱和状态，过饱和的碳原子簇沉析出来形成碳纳米管。液体微粒起 着传输碳纳米管生长原料——碳原子簇的作用。
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3.CVD制备碳纳米管
3.3CVD制备碳纳米管中的影响因素 b.氢气作为载气对产物的影响：侯珂珂[2]等利用以工业级焦化苯为 碳源，以二茂铁为催化剂前躯体研究了氢气在反应中的作用与影响。 结构表明：当氢气流量为380 mi/min时，产率较高，随着氢气流量的增 大，产品产量虽然增多，但纯化后的产率却不是逐渐增大，原因在于 氢气流量较大时，在反应区的碳源浓度也较大，而被还原出的纳米级 铁颗粒由于迅速聚集成较大的铁颗粒或被带出反应区致使浓度相对较 小，所以使生成的碳纳米管结构缺陷多，且表面沉积的无定形碳、石 墨碎片等杂质也较多，所以纯化时被氧化，导致产率下降。 另外有研究表明,采用氢气作载气制备的碳纳米管与采用氮气作载 气制备的碳纳米纤维的外部形貌特征的差异不大，仅表面平整度不同。 但是，产物的内部结构存在较大的变化，采用氮气作为载气获得的是 晶格条纹与管轴方向平行的同轴管式结构，壁厚均匀，而采用氢气作 为载气所获得的产物为晶格条纹与纤维轴方向呈一定夹角的鱼骨状结 构，且管壁厚度不均匀。
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2.碳纳米管的制备工艺
2.1物理方法 电弧法（最早应用于制备碳纳米管的方法）：在设备的真空反应室内充 入一定压强的惰性气体(如氦气、氢气、氮气等)，采用面积较大的石墨棒作 阴极，面积较小的石墨棒为阳极。两石墨电极之间保持一定的间隙。在电弧 放电的过程中，反应的温度可以达到3000℃~4000℃，阳极石墨棒不断被消 耗，最后在阴极上沉积出碳纳米管、富勒烯、石墨微粒、无定形碳和其他形 式的碳微粒，同时在电极室的壁上沉积出含有富勒烯、无定形碳等碳微粒组 成的烟灰。该法合成碳纳米管长度可以达到数十微米，直径5～30纳米，制 备的多壁碳纳米管具有很高的结晶度。 激光蒸发：在温度达1200℃的高温炉炉腔内，利用脉冲或连续的激光使 催化剂与石墨粉末高压压制而成的石墨靶材气化(两种激光的不同在于脉冲 激光的强度(100KW/cm2)要远大于连续激光的强度(10KW/cm2))，高温的含碳 气流冷却过程中，形成碳纳米管 射频等离子体蒸发：射频等离子火焰使石墨棒达到并保持很高的温度， 石墨棒表面的碳被蒸发，并持续、稳定地产生气态碳原子，碳原子相互作用 重新结合形成碳纳米管。
c.电子材料和器件
d.贮能、贮气材料
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参考文献
1 夏晓红,罗永松,梁英,贾志杰.水热法制备棒状纳米氧化铁 及其在碳纳米管制备中的应用.功能材料与器件学报.Dec., 2006,
Vol· 12,No· 506--508 6
2 侯珂珂,崔平.氢气流量和反应时间对焦化苯裂解制备碳纳 米管的影响.高科技纤维与应用.Aug.2007, Vol.32 No.4 14--18 3 李晓川.一维纳米碳材料的无金属催化CVD法制备与生长 机理研究.中国优秀硕士学位论文全文数据库.2009-10-21 4 马志敏 刘吉平等.碳纳米管制备工艺对其产量和形貌的 影响.化工新型材料.No· 10Vol· 113--114 37 5 耿晓菊,王蜀霞,冯明海.催化剂在碳纳米管制备中的影响. 材料导报.2006年7月第七期第20卷 112--114
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3.CVD制备碳纳米管
3.1CVD制备碳纳米管的方法
使含碳气体(如乙烯、乙炔、CO、甲烷、丙烯等有机气体)在一定 温度下，在过渡金属铁、钴或镍等催化剂作用下进行催化分解，或者 直接热分解含铁、钴或镍的碳化合物，如二茂铁以及羰基化合物等， 来制备碳纳米管的方法。反应温度一般为600℃~1000℃，工艺
目录
碳纳米管简介 目前碳纳米管的制备工艺 CVD法制备碳纳米管 碳纳米管的广泛应用
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1.碳纳米管简介
碳纳米管是由类似石墨的六边形碳原子网络围成的一维纳米管状 物。它可根据管壁所含的石墨层数分为两类，即单壁碳纳米管 （Single-walled cabon nanotube）和多壁碳纳米管（Muiti-walled cabon nanotube） 碳纳米管的性能： a.优秀的力学性能：轴向弹性模量1.0TPa；强度模量37GPa； 杨氏模量1.3TPa； b.电学性能：结构稳定，杂质原子难于置换，则电子传输不受 杂质原子的散射，进行弹道输运； c.导热性能：室温下导热系数6600W/m▪K，是金刚石和石墨表 面导热系数的三倍多；
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2.碳纳米管的制备工艺
2.2化学方法 激光辅助热解法：在1650℃下对β-SiC进行烧结，并将烧结产物减 薄做成薄片放入透射电镜中；然后，利用安装于电镜中的激光器在几 分钟内将碳化硅薄片加热到1700℃，使碳化硅表面分子发生热分解。 碳化硅与电镜内残余的氧气反应生成一氧化硅和固态碳，一氧化硅被 蒸发掉，而固态碳则转换成碳纳米管和非晶碳，在薄片表面生成一层 碳纳米管薄膜。 热处理法：在超高真空环境(P<10-9Torr)下将6H-SiC晶片加热到 1350℃以上进行热处理即可得到碳纳米管。当热处理的温度为1650℃ 时，制备的碳管中含有T型，Y型以及网状结构的单壁碳纳米管。 对流式火焰法：燃烧炉顶部和底部均有进气管道，燃气流（碳源） 自顶部向下，氧化气流(氧气和氮气)自底部向上，两股气流在交汇处形 成气流滞留带，并形成稳定的扩散焰。当氧气含量大于50%时，可以 获得直径几十纳米，长几十至几百纳米的多壁碳纳米管。 CVD合成碳纳米管：目前最主要的合成碳纳米管的方法。
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3.CVD制备碳纳米管
3.3CVD制备碳纳米管中的影响因素
a.催化剂影响：碳在催化剂中的溶解度决定了催化剂的催化性能, 溶解度越大,催化性能越强。
对于金属单质催化剂，有研究表明:在碳形核阶段,金属的催化活性 大小依次为Mo、Cr、Co、Pt、Fe、Ni、Cu;在碳管的生长阶段,催化剂 活性大小依次为Fe、Ni、Mo、Co、Pt、Cr、Cu。对于碳纳米管的生 长速率,多金属的组合比单金属作催化剂效果好得多。 对于化合物催化剂来说使其均匀分布于载体基片上是影响碳纳米 管的生长的重要因素。众多的实验均表明氧化物的催化活性比同种金 属单质的要强。无基底催化裂解法多采用化合物作催化剂。 夏晓红[1]等研究了用水热法制备的纳米氧化铁为催化剂用于碳纳米 管的制备，得到了较好的效果。
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3.CVD制备碳纳米管
3.2CVD制备碳纳米管的生长机理
a.顶部生长机理：在碳纳米管顶部，催化剂微粒
没有被碳覆盖的部分，吸附并催化裂解碳氢分子而产 生碳原子，碳原子在催化剂表面扩散或穿过催化剂进 入碳纳米管与催化剂接触的开口处，实现碳纳米管生 长。在碳纳米管生长过程中，催化剂始终在碳纳米管 的顶端，随着碳纳米管的生长而迁移(图a) b. 底部生长机理：碳原子从碳管的底部扩散进入 石墨层网络，挤压而形成碳纳米管，底部生长机理最 主要的特征是：碳管一端与催化剂微粒相连，另一端 是不含有金属微粒的封闭端(图b)。
催化剂的种类、载体、反应温度等因素对所生成的碳纳米管的数 量、质量、形貌、结构具有影响。2006年，Maksimova[1]等采用模板 CVD方法，在多孔氧化铝模板的孔道内生成碳纳米管，得到了阵列碳 纳米管。在该方法中，碳纳米管的生长主要受模板孔径、形状的控制。 虽然多孔氧化铝模板对碳管的生长具有催化作用，但是制备的碳纳米 管中并不含有催化剂颗粒，避免了催化剂颗粒对纳米管性能的影响。 由
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4.碳纳米管的广泛应用
碳纳米管具有较大的长径比，可把其看成准一维纳米材料。因为 性能奇特，被称为纳米材料中的“乌金”。碳纳米管导电性极强，场 发射性能优良，兼具金属性和半导体性，韧性很好，强度比钢高100倍， 密度只有钢的1/6，被科学家称为未来的“超级纤维”，已成为国际研 究热点。正是由于碳纳米管自身的独特优异的性能，决定了它在高新 技术诸领域有着诱人的应用前景。 a.制作纳米器件 b.制造纳米材料的模板