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      催化劑對碳納米管有多重要?
      發布時間:2022-05-06 17:45:31
      碳納米管的制備方法有很多種:電弧放電法、激光燒蝕法、化學氣相沉積法(CVD)、固相熱解法等。其中化學氣相沉積法在碳納米管的結構與形貌控制、特定取向生長、宏觀體制備及批量制備等方面具有獨特的優勢。而化學氣相沉積法中生長碳納米管時,催化劑顯然是必不可少的。近年來,隨著人們對碳納米管結構可控制備提出的要求,對催化劑的要求也越來越高。
      催化劑金屬原子與碳原子之間的相互作用力、催化劑的存在形態、催化劑的催化性能等都對碳納米管具體的形成結構產生很大的影響。在碳納米管的生長過程中,能否保持其開口端(與金屬催化劑相接觸的一端)的穩定性直接影響了碳納米管的結構和長度。
      金屬催化劑與碳納米管之間不同的作用力導致的碳納米管進行生長的三種不同情況
      當碳原子在金屬催化劑表面不斷析出形成碳納米管時,新生成的底層碳原子存在懸掛鍵,由于懸掛鍵的不穩定性,導致碳納米管末端有自動閉合形成帽狀結構封口的趨勢(圖中c所示形狀)。
      如果金屬催化劑原子與碳原子之間相互作用力很弱,不足以克服碳原子懸掛鍵自動閉合的趨勢,碳納米管與催化劑相接觸的這一端就會很容易閉合,導致碳納米管停止生長,并且這種碳納米管還會存在很多缺陷。上圖所示a→b→c即這個過程。
      如果金屬催化劑與碳原子之間的結合力適中,與碳原子懸掛鍵自動閉合的作用力可以達到平衡,那碳納米管與催化劑相連的開口則能很穩定地存在,隨著碳原子不斷供給,碳納米管長度將不斷增長且管徑保持不變。上圖所示a→d即這個過程。
      如果金屬催化劑原子與碳原子之間的作用力過大時,由于碳原子在催化劑表面的浸潤性較好,碳納米管的開口端就會沿著催化劑表面延展生長,表象上看就是談納米管的管徑存在被拉大的現象。這種情況下生長的碳納米管的管徑會隨著碳納米管長度的增加而增大,直到與金屬催化劑的直徑相當。上圖所示a→e→f即這個過程。
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