阵列碳纳米管的制备

 

  1991年Iijima首次利用高分辨透射电镜观察到碳纳米管(CNT)的清晰结构,自此碳纳米管由于其在力学、电磁学及热学等方面的优异性能引起了世界上许多物理学家、化学家和材料学家的高度重视。

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图1 CNT的性能优势

碳纳米管的制备方法不同,会使CNT宏观体中单根及不同CNT间的相互作用关系不同, 从而对后续的加工处理与应用产生极大的影响。一般而言, 在无序堆积的催化剂上生长的CNT呈现一定团聚结构, 缠绕严重、呈无序排列状态,使后续的分散及其他加工过程变得困难。而在一定条件下, 可使CNT呈现有显著取向, 实现平行排列, 即形成CNT阵列。碳纳米管的优异性能在很大程度上依赖于其巨大的长径比所带来的在c轴方向上体现得力学、光学、电学性质。在碳纳米管阵列中,碳纳米管平行排列,取向性较好导致其缠绕程度低而易分散,从而更能发挥其巨大的长径比所引起的各种特性。比如原生的阵列可以直接作为场发射器件,各向异性导电材料、纳米刷、传感器等诸多功能材料;部分阵列可以抽丝、抽膜,获得性能极为优异的CNT纤维或薄膜;即使破坏阵列中的CNT排列,将其单分散后应用于导电、导热、增强复合材料领域,仍然具有比团聚的CNT更为优异的性能;另外,CNT阵列应用于超强、超韧、导热材料等方面的进展具有潜在的、极大的工程意义。

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图2 缠绕型CNT与阵列型CNT电镜图

在获得一定规模阵列后,人们对碳纳米管的阵列应用开展了很多开拓性的工作。由于阵列中,碳纳米管具有较好的取向、较长的长径比、三维规整排列结构,其本身就可以直接加工成很多功能器件。部分阵列具有可纺性,可以获得具有优异性能的碳纳米管薄膜和碳纳米管丝。即使将阵列分散,若仍能够保持极大的长径比,在应用方面也具有很大优势,对于一个材料的广泛应用以及工业化,尤其是碳纳米管阵列在复合材料的优异性能,对碳纳米管阵列的低成本、批量化制备提出了极大的需求。
  初的碳纳米管阵列的制备方法是采用某些后处理方法,例如聚合物切片、拉伸;电场、磁场、化学键合辅助取向;用气体或者液体流动剪切,对无序的碳纳米管进行取向。相比通过生长控制碳纳米管的取向,这些后处理方法通常工艺复杂,难于大批量大规模制备,而且往往会引入其他介质辅助,不易得到纯度极高的碳纳米管阵列。因此,通过直接生长获得碳纳米管阵列成为碳纳米管阵列制备的主流方法。碳纳米管的制备方法可以分为包括石墨电弧法,激光蒸发法和化学气相沉积法三大种,其中化学气相沉积方法由于在反应条件温和、成本低、可控性好等方面体现出众多的优势而成为主流。
  beat365唯一官网凭借近年来技术人员的不断努力,通过化学气相沉积的方法成功实现了低成本、批量化制备的可控性好的阵列碳纳米管;目前公司具备年产千吨阵列碳纳米管的生产能力,为客户应用提供强有力的保障,公司将继续致力于研发技术投入,满足客户需求品种的规模化生产。

时间:2021-06-07 15:42
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