一维纳米纳米结构单元.ppt

. 制备NTS方法的典型装置 在一平放的管式炉中放人作为反应器的石英管，将一瓷舟置于石英管中，瓷舟底部铺上一层薄薄的采用浸渍法制备的负载在石墨粉或硅胶上的金属催化剂或纯金属粉末催化剂。反应混合气（含2.5％～10％乙炔的氮气）以一定速率通过催化床，温度为 773～1073K，反应时间由催化剂用量、混合气流速和反应温度而定，从几十分钟到几个小时不等。 反应中所用的催化剂一般为负载在硅胶或分子筛或石墨上的铁、钴、镍、铜、铬或它们的合金。实验结果表明，用铁和钴作催化剂时制备的NTs含量高、质量好，尤其是钴更好。 CNT - Fabrication - how to Chemical Vapor Deposition (CVD) Single-wall nanotubes are produced in a gas-phase process by catalytic disproportionation of CO on iron particles. Iron is in the form of iron pentacarbonyl. Adding 25% hydrogen increases the SWNT yield. The synthesis is performed at 1100 C at atmospheric pressure. Multi-wall nanotubes are grown in the same apparatus where the catalytic metal particles are supported on a substrate (Si wafers or the quartz furnace tube). Iron is deposited from iron pentacarbonyl or by electron beam sputtering while nanotube growth is achieved by catalytic CVD from hydrocarbon molecules (acetylene, methane) or fullerenes at temperatures between 750 and 1100 C. CNT - Fabrication - how to High-pressure CO conversion(HiPCO) Method is similar to CVD Carbon source is carbon monoxide Catalytic particles are generated in-situ Thermal decomposition of iron pentacarbonyl in a reactor heated to 800 - 1200°C High pressure to speed up the growth (~10 atm) Bulk production of SWNTs. 五羰基铁+CO 其他方法 模板法 (b) 醇热法600 oC 钱逸泰 CH3CH2OH + Mg → 2C+ MgO + 3H2 Arc Method Laser Method CVD Method 碳管生长机理 CVD法生长温度常为500-1000 oC，生长过程中，过渡金属(Fe、Ni、Co等)催化剂颗粒吸收和分解碳氢化合物的分子，碳原子扩散到催化剂的内部后形成金属-碳的固溶体，随后，碳原子从过饱和的催化剂颗粒中析出，形成纳米管结构。 通常一根碳管一端附有或包覆着催化剂颗粒，另一端为空心。 Growth mechanism /pics.html Visualisation of a possible carbon nanotube growth mechanism Acid Based Purification Before Purification After Purification 纯化 4cm超长纳米碳管 SEM束状排列纳米碳管 TEM束状排列纳米碳管 Estimated future global production of nanotubes global production 二、碳纳米管的结构 高分辫透射电镜证明： 多壁碳纳米管一般由几个到几十个单壁碳纳米管同轴构成。 管间距为0.34nm左右，这相当于石墨的[002]面间距。 碳纳米管的直径为零点几纳米至几十纳米，长度一般为几十纳米至微米级。 每个单壁管侧面由碳原子六边形组成，两端由碳原子的五边形封顶。 根据管壁可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。 Schem