什么是碳納米管?碳納米管是由類似于石墨的六邊形網(wǎng)格所組成管狀物，一般由數(shù)層到數(shù)十層組成的同軸圓管。它的層之間的距離為0.34nm，比石墨的層間距離大一點(diǎn)，局部區(qū)域呈呈凹凸?fàn)?，沒有手性，它的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)六邊形，其連接完美，有很多關(guān)于力學(xué)的異常，電學(xué)和化學(xué)性能。新詞碳納米管有很大的用處，碳納米管有很大的需求。

碳納米管怎么制備?這里有幾種方法，讓我們來一起詳細(xì)的了解碳納米管怎樣的制備吧。

碳納米管的制備:熱解聚合物法

用高溫的方法來分解碳?xì)浠衔飦碇苽涮技{米管。它是用化學(xué)熱解的方法，加上乙炔或苯熱解有機(jī)金屬原始反應(yīng)物,制備出碳納米管。通過把檸檬酸和甘醇聚酯化作用得到的聚合物在400 ℃，然后在將得到的聚合物在空氣氣氛下進(jìn)行熱處理 8h，然后冷卻到室溫 ,得到了碳納米管。在420～450 ℃下在 H2 氣氛下，用金屬Ni 作為催化劑 , 熱解粒狀的聚乙烯，合成了碳納米管。Sen等在900 ℃下，Ar和 H2 氣氛下熱解二茂鐵、二茂鎳、二茂鈷，也得到了碳納米管。這些金屬化合物熱解后不僅提供了碳源，而且同時(shí)也提供了催化劑顆粒，它的生長機(jī)制跟催化裂解法相似。

碳納米管的制備:催化裂解法

催化裂解法也稱做化學(xué)氣相沉積法，是烴類或含碳氧化物在催化劑的催化下裂解而成。其基本原理是將有機(jī)氣體(如乙炔、乙烯等)混以一定比例的氮?dú)庾鳛閴褐茪怏w，通入事先除去氧的石英管中，在一定的溫度下，在催化劑表面裂解形成碳源，碳源通過催化劑擴(kuò)散，在催化劑后表面長出碳納米管，同時(shí)推著小的催化劑顆粒前移。直到催化劑顆粒全部被石墨層包覆，碳納米管生長結(jié)束。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：反應(yīng)過程易于控制，設(shè)備簡單，原料成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)率高等。缺點(diǎn)是：反應(yīng)溫度低，碳納米管層數(shù)多，石墨化程度較差，存在較多的結(jié)晶缺陷，對(duì)碳納米管的力學(xué)性能及物理化學(xué)性能會(huì)有不良的影響。

碳納米管的制備:激光蒸發(fā)法

原理是利用激光束照射至含有金屬的石墨靶上，將其蒸發(fā)同時(shí)結(jié)合一定的反應(yīng)氣體，

在基底和反應(yīng)腔壁上沉積出碳納米管。Smalley等制備 C60時(shí)，在電極中加入一定量的催化劑，得到了單壁碳納米管。Thess等改進(jìn)實(shí)驗(yàn)條件，采用該方法首次得到相對(duì)較大數(shù)量的單壁碳納米管。實(shí)驗(yàn)在 1 473 K條件下，采用50 ns的雙脈沖激光照射含Ni/ Co催化劑顆粒的石墨靶，獲得高質(zhì)量的單壁碳納米管管束。

碳納米管的制備:火焰法

法是利用甲烷和少量的氧燃燒產(chǎn)生的熱量作為加熱源。在爐溫達(dá)到600～1 300 ℃時(shí)，導(dǎo)入碳?xì)浠衔锖痛呋瘎?。該方法制備的碳納米管結(jié)晶度低，并存在大量非晶碳。但目前對(duì)火焰法納米結(jié)構(gòu)的生長機(jī)理還沒有很明確的解釋。Richter 等人在乙炔、氧、氬氣的混合氣體燃燒后的碳黑里發(fā)現(xiàn)了附著大量非晶碳的單層碳納米管。Daschowdhury等通過對(duì)苯、乙炔、乙烯和含氧氣的混合物燃燒后的碳黑檢測，發(fā)現(xiàn)了納米級(jí)的球狀、管狀物。

碳納米管的制備:太陽能法

聚焦太陽光至一坩堝中，使溫度上升到3 000 K，在此高溫下，石墨和金屬催化劑混合物蒸發(fā)，冷凝后生成碳納米管。這種方法早期用于生產(chǎn)巴基球，1996年開始用于碳納米管的生產(chǎn)。Laplaze等利用太陽能合成了多壁碳納米管和但壁碳納米管組成的繩。

碳納米管的制備:電解法

電解法制備碳納米管是一種新穎的技術(shù)。該方法采用石墨電極 (電解槽為陽極)[20]，在約 600 ℃的溫度及空氣或氬氣等保護(hù)性氣氛中，以一定的電壓和電流電解熔融的鹵化堿鹽 (如LiCl) ，電解生成了形式多樣的碳納米材料[11]，包括包裹或未包裹的碳納米管和碳納米顆粒等，通過改變電解的工藝條件可控制生成碳納米材料的形式。Andrei 等發(fā)現(xiàn)在乙炔/液氨溶液中，在 n 型100) 硅電極上電解可直接生長碳納米管。Hus等人以熔融堿金屬鹵化物為電解液，以石墨為電極，在氬氣氛圍中電解合成了碳納米管和蔥狀結(jié)構(gòu)。黃輝等以LiCl、LiCl + SnCl2 等為熔鹽電解質(zhì)，采用電解石墨的方法成功制備了碳納米管[12]和納米線。

現(xiàn)在雖然對(duì)碳納米管研究雖然很多，但碳納米管的制備方法及其制備工藝中仍存在許多問題有待解決。如某些制備方法得到的碳納米管生長機(jī)理還不明確，影響碳納米管的產(chǎn)量、質(zhì)量及產(chǎn)率的因素也不清楚。另外，目前無論哪一種方法制備得到的碳納米管都存在雜質(zhì)高、產(chǎn)率低等缺點(diǎn)[19]。這些都是制約碳納米管研究和應(yīng)用的關(guān)鍵因素。如何能得到高純度、高比表面積和長度、螺旋角等可控的碳納米管[15],還有待研究和解決。