Beth yw'r Dulliau Paratoi ar gyfer Nanotiwbiau Carbon?

1. Sut mae Nanotiwbiau Carbon yn "Tyfu"?

Nid yw nanotiwbiau carbon yn cael eu cloddio o'r ddaear; maent yn cael eu "tyfu" mewn labordai. Mae atomau carbon yn aildrefnu mewn ffyrdd penodol, gan gyrlio i fyny i strwythurau tiwbaidd gwag-proses sy'n debyg i rolio dalen o bapur graphene i mewn i welltyn.

Ers eu darganfod ym 1991, mae gwyddonwyr wedi datblygu gwahanol ddulliau i baratoi'r "super material" hwn. Yn eu plith, y dull rhyddhau arc, dull abladiad laser, a dull dyddodiad anwedd cemegol (CVD) yw'r tri dull mwyaf prif ffrwd. Mae'r erthygl hon yn trafod manylion pob dull-sut maent yn gweithredu, eu manteision a'u hanfanteision priodol, a pha un sydd fwyaf addas ar gyfer cynhyrchu diwydiannol.

2. Eglurhad Manwl o'r Tri Dull Paratoi Prif Ffrwd

2.1 Dull Rhyddhau Arc: Y Dull "Mwyaf Traddodiadol".

Y dull rhyddhau arc oedd y dull cyntaf a ddefnyddiwyd i ddarganfod CNTs a gellir ei ystyried yn dechnoleg "gyn-filwr".

Sut mae'n gweithio?
Mae nwy anadweithiol (fel arfer heliwm neu argon) yn cael ei gyflwyno i mewn i adweithydd, a defnyddir dwy wialen graffit fel yr anod a'r catod. Pan fydd cerrynt uniongyrchol yn cael ei gymhwyso, mae'r graffit yn yr anod yn cael ei anweddu gan y tymheredd uchel, ac mae atomau carbon yn aildrefnu i ffurfio CNTs, gan adneuo fel "huddygl" ar wyneb catod a waliau'r adweithydd.

Gwahaniaethau mewn cynhyrchion:

CNTs-aml-furiog:Gellir ei syntheseiddio gan ddefnyddio electrodau graffit pur yn uniongyrchol.

CNTs- waliau sengl:Ei gwneud yn ofynnol ychwanegu catalyddion metel fel haearn, cobalt, neu nicel i'r anod.

Manteision:

Crisialedd cynnyrch uchel a strwythur perffaith-ychydig o ddiffygion wal, gradd uchel o graffiteiddio.

Technoleg gymharol aeddfed, offer syml.

Ansawdd cynnyrch gorau ymhlith y tri dull.

Anfanteision:

Defnydd uchel o ynni, sy'n gofyn am wactod uchel ac amodau tymheredd penodol.

Cynnyrch isel; anodd cynyddu'n economaidd.

Mae cynhyrchion yn gymysg â llawer iawn o garbon amorffaidd, fullerenes, ac amhureddau eraill, sy'n gofyn am gamau puro 繁琐.

Mae CNTs metelaidd a lled-ddargludol yn gymysg â'i gilydd ac ni ellir eu gwahanu.

Mae angen amnewid electrodau a thargedau o bryd i'w gilydd.

Crynodeb:Ansawdd da, ond cynnyrch isel ac amhureddau uchel; ddim yn addas ar gyfer cynhyrchu diwydiannol ar raddfa fawr.

2.2 Dull abladiad laser: y manwl gywirdeb uchaf, y cynnyrch isaf

Adroddwyd am y dull abladiad laser gyntaf gan Guo a chydweithwyr ym 1995 a gellir ei ystyried yn "fersiwn wedi'i huwchraddio" o'r dull rhyddhau arc.

Sut mae'n gweithio?
Mewn -tymheredd uchel (800–1500 gradd ) awyrgylch anadweithiol, mae pwls pelydr laser ynni uchel yn peledu targed graffit solet wedi'i osod mewn tiwb cwarts, gan ei anweddu. Mae atomau carbon yn ail-ymgynnull yn CNTs, sydd wedyn yn cael eu casglu fel huddygl carbon y tu mewn i'r cyfarpar.

Manteision:

Mae gan CNTs wedi'u syntheseiddio berffeithrwydd strwythurol uchel.

Yn gallu cynhyrchu SWCNTs heb amhureddau MWCNT.

Yn gallu rheoli cynhyrchu ciralities penodol (ee, (10,10) CNTs).

Yn cynhyrchu llai o amhureddau carbon amorffaidd.

Anfanteision:

Offer cymhleth a drud; cost laser uchel.

Cnwd hynod o isel-maint miligram yn unig fesul paratoad.

Defnydd uchel o ynni; mae angen amodau tymheredd a phwysau uchel.

Mae ganddo hefyd broblemau amhuredd sy'n gofyn am buro后续.

Ffactorau sy'n dylanwadu:Mae cyfansoddiad cemegol y targed, pŵer laser a thonfedd, a'r pellter rhwng y swbstrad a'r targed i gyd yn effeithio ar gynnyrch ac ansawdd y cynnyrch.

Crynodeb:Y cywirdeb a'r purdeb uchaf, ond mae'r cynnyrch yn druenus o isel; dim ond yn addas ar gyfer ymchwil mecanistig mewn labordai.

2.3 Dyddodiad Anwedd Cemegol (CVD): Y "Workhorse" o Ddiwydiannu

Y dull CVD ar hyn o bryd yw'r dewis prif ffrwd ar gyfer cynhyrchu diwydiannol a dyma'r dull mwyaf addawol ar gyfer cyflawni cynhyrchiant ar raddfa fawr.

Sut mae'n gweithio?
Mae hydrocarbonau neu garbon-sy'n cynnwys ocsidau (ee, methan, asetylen, ethylene) yn cael eu cyflwyno i ffwrnais tiwb tymheredd uchel sy'n cynnwys catalyddion metel (haearn, cobalt, nicel, ac ati). Mae'r nwy yn dadelfennu ar wyneb y catalydd, ac mae atomau carbon yn aildrefnu i ffurfio CNTs.

Mathau o offer:Adweithyddion llorweddol, adweithyddion gwely hylifedig, adweithyddion fertigol, ac ati.

Pam mae CVD wedi dod yn brif ffrwd?

Tymheredd is:Mae tymheredd yr adwaith (600-1000 gradd) yn llawer is na thymheredd yr arc rhyddhau a laser (uwchlaw 3000 gradd).

Cynhyrchu parhaus:Mae nwy yn cael ei gyflwyno'n barhaus, mae CNTs yn tyfu'n barhaus, gan ganiatáu gweithrediad parhaus.

Cynnyrch uchel:Mae gallu cynhyrchu un adweithydd yn llawer uwch na chynhwysedd y ddau ddull arall.

Rheolaeth dda:Trwy addasu paramedrau megis catalydd, tymheredd, a chyfradd llif nwy, gellir rheoli diamedr, hyd a strwythur CNTs.

Anfanteision:

Mae gan gynhyrchion fwy o ddiffygion strwythurol; nid yw gradd y graffitization mor uchel â'r dull rhyddhau arc.

Gall gadw amhureddau metel catalydd, sy'n gofyn am driniaeth buro.

Mae dewis catalydd yn hollbwysig-mae'r catalydd yn pennu ansawdd a chynnyrch y cynnyrch yn uniongyrchol.

Crynodeb:Y dull CVD yw'r dewis gorau ar gyfer diwydiannu-er bod y purdeb ychydig yn israddol i'r ddau ddull cyntaf, mae ganddo fanteision cynhwysfawr o ran cynnyrch, cost a rheolaeth.

3. Crynhoad Cymhariaeth o'r Tri Dull

Casgliad craidd:Mae'r dulliau rhyddhau arc ac abladiad laser yn addas ar gyfer paratoi samplau o ansawdd uchel mewn labordai; y dull CVD yw'r unig ddewis ar gyfer cynhyrchu diwydiannol ar raddfa fawr.

4. Technoleg CVD Uwch: O'r Labordy i Ddeg-Mil-Ton Scale

Mae technoleg CVD ei hun yn esblygu'n barhaus. Yn ogystal â CVD thermol traddodiadol, mae technegau uwch megis CVD plasma uwch (PECVD) a CVD plasma microdon wedi'u datblygu. Gall y rhain dyfu CNTs ar dymheredd is fyth a darparu rheolaeth fwy manwl gywir dros aliniad a chyfeiriadedd tiwb.

Datblygiadau arloesol mewn diwydiannu CVD gan gwmnïau Tsieineaidd:

Shandong Tanfeng yw un o'r ychydig gwmnïau domestig sydd wedi meistroli'r dechnoleg graidd ar gyfer cynhyrchu nanoddeunyddiau carbon trwy'r dull cyfnod nwy. Gan ddefnyddio rheolaeth gwbl awtomataidd, cynyddwyd cynnyrch y cynnyrch i dros 99%. Mae gallu cynhyrchu bellach wedi'i ehangu i 2,000 tunnell y flwyddyn, gan ei wneud yn un o'r canolfannau cynhyrchu CNT mwyaf yn y byd.

5. Manteision Cynhyrchwyr: Gwneud Technoleg CVD o "Gallu" i "Hawdd ei Ddefnyddio"

Fel gwneuthurwr CNT, rydym wedi dewis y llwybr technoleg CVD ac wedi gwneud sawl peth concrid ar y lefel diwydiannu:

Meistroli technoleg graidd dylunio a pharatoi catalydd.Yn y dull CVD, y catalydd yw'r "enaid"-mae'n pennu'n uniongyrchol diamedr, nifer y waliau, a chynnyrch CNTs. Trwy ein system gatalydd a ddatblygwyd yn annibynnol, rydym wedi cyflawni rheolaeth fanwl gywir dros strwythur cynnyrch, gyda dosbarthiad diamedr cul a swp da-i-gysondeb swp.

Torri drwy'r dagfa o raddfa adweithydd-i fyny.Mae gan adweithyddion CVD traddodiadol gapasiti cynhyrchu uned sengl isel. Byddai adeiladu ffatri ddeg mil o dunelli yn gofyn am ddwsinau o unedau yn gweithredu ochr yn ochr, gan gynnwys buddsoddiad uchel a rheolaeth anodd. Rydym wedi mabwysiadu cynllun adweithydd ar raddfa fawr o drydedd genhedlaeth, lle mae capasiti uned sengl sawl gwaith yn fwy na chynhwysedd offer traddodiadol, gan leihau'r defnydd o ynni a chostau llafur yn sylweddol.

Ar hyn o bryd, mae ein cynhyrchion CNT yn cael eu defnyddio'n helaeth mewn ychwanegion dargludol batri lithiwm ar gyfer cerbydau ynni newydd, cyfansoddion polymer uwch, elastomers, awyrofod, cludo rheilffyrdd, cynhyrchu ynni gwynt, a meysydd eraill. O ddeunyddiau crai i adweithyddion, o gatalyddion i buro a gwasgariad, rydym wedi meistroli'r gadwyn gyfan o dechnoleg ar gyfer cynhyrchu CVD o CNTs, wedi ymrwymo i ddod â'r "super material" hwn i filoedd o ddiwydiannau.