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納米碳管形成機制的實驗現象

關鍵詞 納米碳管|2011-07-12 14:46:15|制造技術|來源 中國磨料磨具網
摘要 盡管納米碳管的研究在制備技術上已經取得了令人矚目的進展,但是在理論上對單壁和多壁納米碳管的生長機理的理解還相對滯后。要制備單壁納米碳管必須使用過渡族金屬催化劑,而制備多壁納米碳管時...

  盡管納米碳管的研究在制備技術上已經取得了令人矚目的進展,但是在理論上對單壁和多壁納米碳管的生長機理的理解還相對滯后。要制備單壁納米碳管必須使用過渡族金屬催化劑,而制備多壁納米碳管時并不需要,這說明單壁納米碳管和多壁納米碳管的生長機制是不同的。在每種合成方法中,碳源在過渡族金屬催化劑中的富集觸發單壁納米碳管的形成。實驗結果表明,碳管的直徑分布取決于催化劑的成分,生長溫度和其他生長條件。電弧法和激光蒸發法所得的碳管樣品非常類似,因此,對單壁納米碳管的生長來說,其生長機制是相同的。生長機制不應該強烈地依賴于實驗細節,而應更多地取決于非平衡條件下碳的析出動力學,在沒有催化劑作用下就不能生長出單壁納米碳管,因此,對合成單壁納米碳管生長的準確機理仍是目前爭論的焦點。
  用催化劑法生長碳纖維的研究表明,纖維的生長始于催化劑粒子表面的面的碳析出,而終止于雜質或穩定的碳化物形成所引起的催化劑中毒,從能量角度來考慮,在纖維的生長過程中,所形成的新表面傾向于在石墨能量較低的基面析出,而不是在能量較高的棱面析出,這就是碳纖維形成管狀特征的原因所在。但是,石墨層的彎曲在成核和生長的自由能等式中引入了附加的彈性能項,導致了碳纖維直徑的最小值約為10nm。納米碳管的直徑比該閾值小得多,這說明碳纖維的生長機制不能夠完全解釋納米碳管的形成,我們必須考慮新的機制。應該注意到,多壁納米碳管與碳纖維的生長有顯著不同。在多壁納米碳管生長過程中,無催化劑顆粒或任何外部介質的作用。另外,與碳纖維的開口端或金屬顆粒的終止端相比,多壁納米碳管的頭部常常是封閉的,一個重要素的問題自然地被提出了,那就是在生長過程中碳管是一直保持開口還是一直保持閉口。
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