中國粉體網(wǎng)訊  實(shí)現(xiàn)碳納米管的各種應(yīng)用, 首先要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和性能可控的碳納米管批量制備，而宏量制備的核心是在緩和的條件下獲得高質(zhì)量、高純度的碳納米管。接下來我們將介紹幾種碳納米管的宏量制備。

單壁碳納米管的宏量制備

在諸多單壁碳納米管生產(chǎn)工藝中, 電弧放電和激光燒蝕法可得到高質(zhì)量、少缺陷的單壁碳納米管，但受限于設(shè)備和產(chǎn)量，因此CVD法是單壁碳納米管可控制備最方便、經(jīng)濟(jì)的方法。清華大學(xué)魏飛教授等人采用獨(dú)特結(jié)構(gòu)且可流化催化劑實(shí)現(xiàn)流化床中單壁碳納米管大量制備。在CVD法中，納米金屬Fe顆粒是批量制備單壁碳納米管廣泛采用的催化劑。

雙壁碳納米管的宏量制備

雙壁碳納米管是由兩層石墨烯卷曲形成，具有較好的金屬及半導(dǎo)體性質(zhì)。雙壁碳納米管的制備在催化劑體系、反應(yīng)溫度、氣氛和操作條件等方面更接近單壁碳納米管制備方法。采用石墨電弧或者CVD法均能有效地選擇性制備雙壁碳納米管。相比單壁碳納米管催化劑, 雙壁碳納米管生長(zhǎng)所需催化劑粒度更大。提高負(fù)載型催化劑活性金屬含量可將單壁碳納米管催化劑改性為雙壁碳納米管催化劑。

多壁碳納米管的宏量制備

多壁碳納米管指管壁數(shù)大于2的納米碳管，常用的宏量制備方法是CVD 法。在多壁碳納米管的CVD法宏量制備中, 過渡金屬催化劑, 特別是Fe, Co和Ni, 在生長(zhǎng)碳納米管的過程中具有極好的催化活性。一般，多壁碳納米管批量制備往往在粉末狀催化劑上進(jìn)行, 生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的碳納米管聚團(tuán)結(jié)構(gòu)。流化床法得到的多壁碳納米管呈現(xiàn)聚團(tuán)形貌，經(jīng)過壓縮可以形成粉體或者塊體；如果采用浮游催化劑方法，可得到由多壁碳納米管形成的疏松的碳納米管海綿結(jié)構(gòu)。

定向碳納米管的宏量制備

垂直定向碳納米管是取向垂直于基板高密度生長(zhǎng)的碳納米管，壁數(shù)可從單壁到幾十層，長(zhǎng)度從幾十納米到幾厘米，與聚團(tuán)碳納米管相比，定向垂直生長(zhǎng)的碳納米管具有一致的取向、超高的純度、極大的長(zhǎng)徑比和較好的一致性等突出特性。對(duì)大批量碳納米管精確控制其生長(zhǎng)和排列，激光燒蝕和電弧放電法兩種方法并不適用，因而CVD法在定向制備碳納米管中具有極大優(yōu)勢(shì)。定向碳納米管陣列的批量制備策略：

1. 借鑒工業(yè)流水線概念，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)制程流水操作，獲得大批量定向碳納米管。

2. 借鑒化學(xué)工程的概念，將平整的基板曲面化，將間歇操作轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)操作，從而實(shí)現(xiàn)垂直定向碳納米管的連續(xù)化批量高效制備。

超順排碳納米管的宏量制備

超順排碳納米管是指取向高度一致、曲折因子小、直徑均勻、可直接抽絲成膜的碳納米管，形成關(guān)鍵在于獲得高密度、顆粒尺寸均勻的納米金屬催化劑。通過鍍膜+CVD技術(shù)可實(shí)現(xiàn)超順排碳納米管的宏量制備，此外采用浮游催化劑過程也可以制備出超順排碳納米管陣列，且該過程連續(xù)性較好，便于超順排碳納米管陣列的批量制備。

超長(zhǎng)碳納米管的宏量制備

碳納米管可控地合成和組裝成水平陣列結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成電路的先決條件。通過調(diào)變基板表面的親/疏水特性、電磁相互作用和化學(xué)鍵等特性，可實(shí)現(xiàn)碳納米管液相可控有序沉積。為避免液相污染和水平陣列碳管位置的精確控制，可在基板表面利用電場(chǎng)、磁場(chǎng)、氣流和基板表面取向進(jìn)行CVD定向水平生長(zhǎng)獲得水平定向碳納米管。

特種碳納米管的宏量制備

特種碳納米管指具有一維管狀特征，但其形貌和性能不同于石墨烯卷曲形成的一維碳納米管。特種碳納米管種類很多，其代表形貌包括竹節(jié)狀、魚骨狀、碟片狀、杯疊狀、螺旋狀、摻雜碳納米管、碳納米管結(jié)、大空腔碳納米管和表面官能團(tuán)化碳納米管等。不同結(jié)構(gòu)的碳納米管所需要的工藝有所區(qū)別，但總體一致。

參考資料：

張強(qiáng)，碳納米管的宏量制備及產(chǎn)業(yè)化

王浩然，碳納米管及其應(yīng)用

秦秀蘭，碳納米管的制備研究

向三明，碳納米管的制備、改性以及應(yīng)用研究進(jìn)展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/江岸）

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