Hverjar eru undirbúningsaðferðirnar fyrir kolefni nanórör?

1. Hvernig eru kolefni nanórör "ræktuð"?

Kolefnis nanórör eru ekki unnin úr jörðu; þeir eru "ræktaðir" á rannsóknarstofum. Kolefnisatóm endurraðast á sérstakan hátt og hrökklast saman í holar pípulaga byggingar-líkt ferli og að rúlla grafenpappír í strá.

Frá uppgötvun þeirra árið 1991 hafa vísindamenn þróað ýmsar aðferðir til að útbúa þetta „ofurefni“. Meðal þeirra eru bogalosunaraðferðin, leysireyðingaraðferðin og efnagufuútfellingin (CVD) aðferðin þrjár almennustu aðferðirnar. Þessi grein fjallar um sérstöðu hverrar aðferðar-hvernig hún virkar, kosti þeirra og galla og hver þeirra hentar betur fyrir iðnaðarframleiðslu.

2. Ítarleg skýring á þremur almennum undirbúningsaðferðum

2.1 Bogalosunaraðferð: „Hefðbundnasta“ aðferðin

Bogalosunaraðferðin var fyrsta aðferðin sem notuð var til að uppgötva CNTs og má líta á hana sem „öldunga“ tækni.

Hvernig virkar það?
Óvirku gasi (venjulega helíum eða argon) er sett inn í reactor og tvær grafítstangir eru notaðar sem rafskaut og bakskaut. Þegar jafnstraumur er beitt er grafítið við forskautið gufað upp við háan hita og kolefnisatóm endurraðast til að mynda CNTs, sem setjast sem "sót" á bakskautyfirborðið og hvarfveggi.

Mismunur á vörum:

CNT með mörgum-veggjum:Hægt að búa til með því að nota hreint grafít rafskaut beint.

Einveggir -CNT:Krefjast þess að málmhvata eins og járn, kóbalt eða nikkel sé bætt við rafskautið.

Kostir:

Mikill kristöllun vöru og fullkomin uppbygging-fáir vegggallar, mikil grafitgerð.

Tiltölulega þroskuð tækni, einfaldur búnaður.

Bestu vörugæði meðal þriggja aðferða.

Ókostir:

Mikil orkunotkun, krefst mikils lofttæmis og sérstakra hitastigsskilyrða.

Lág ávöxtun; erfitt að stækka efnahagslega.

Vörum er blandað saman við mikið magn af myndlausu kolefni, fullerenum og öðrum óhreinindum, sem þarfnast hreinsunarskref.

Málm- og hálfleiðandi CNT er blandað saman og er ekki hægt að aðskilja.

Krefst reglubundinnar endurnýjunar á rafskautum og skotmörkum.

Samantekt:Góð gæði, en lítil ávöxtun og mikil óhreinindi; ekki hentugur fyrir stóriðnaðarframleiðslu-.

2.2 Lasereyðingaraðferð: Mesta nákvæmni, lægsta afrakstur

Geislaeyðingaraðferðin var fyrst tilkynnt af Guo og félögum árið 1995 og má líta á hana sem „uppfærða útgáfu“ af ljósbogaútskriftaraðferðinni.

Hvernig virkar það?
Í óvirku andrúmslofti við háan-hita (800–1500 gráður) sprengir há-orku leysigeislapúls á fast grafítmarkmiði sem komið er fyrir í kvarsröri og gufar það upp. Kolefnisatóm safnast aftur saman í CNT, sem síðan er safnað sem kolefnis-sót inni í tækinu.

Kostir:

Tilbúnar CNT hafa mikla uppbyggingu fullkomnunar.

Getur framleitt SWCNT án MWCNT óhreininda.

Getur stjórnað framleiðslu tiltekinna breytileika (td (10,10) CNT).

Framleiðir færri formlaus kolefnisóhreinindi.

Ókostir:

Flókinn og dýr búnaður; hár leysir kostnaður.

Mjög lág uppskera-aðeins milligrömm í hverri blöndu.

Mikil orkunotkun; krefst háhita og þrýstingsskilyrða.

Hefur einnig óhreinindi vandamál sem krefjast 后续 hreinsun.

Áhrifaþættir:Efnasamsetning marksins, leysistyrkur og bylgjulengd, og fjarlægðin milli undirlags og marks hefur allt áhrif á afrakstur og gæði vörunnar.

Samantekt:Mesta nákvæmni og hreinleiki, en uppskeran er aumkunarverð lítil; aðeins hentugur fyrir vélrænar rannsóknir á rannsóknarstofum.

2.3 Chemical Vapour Deposition (CVD): „Vinnuhestur“ iðnvæðingarinnar

CVD-aðferðin er sem stendur almennt val fyrir iðnaðarframleiðslu og er vænlegasta aðferðin til að ná fram stór-framleiðslu.

Hvernig virkar það?
Kolvetni eða kolefnis-oxíð (td metan, asetýlen, etýlen) eru sett inn í há- rörofn sem inniheldur málmhvata (járn, kóbalt, nikkel osfrv.). Gasið brotnar niður á yfirborði hvata og kolefnisatóm endurraðast og mynda CNT.

Tegundir búnaðar:Láréttir reactors, fluidized bed reactors, lóðréttir reactors o.fl.

Af hverju er CVD orðið almennt?

Lægra hitastig:Viðbragðshitastig (600–1000 gráður) er mun lægra en ljósbogaútskrift og leysiaðferðir (yfir 3000 gráður).

Stöðug framleiðsla:Gas er stöðugt kynnt, CNTs vaxa stöðugt, sem gerir stöðugan rekstur kleift.

Hár ávöxtun:Framleiðslugeta eins kjarnakljúfs er langt umfram hinar aðferðirnar tvær.

Góð stjórnhæfni:Með því að stilla breytur eins og hvata, hitastig og gasflæðishraða er hægt að stjórna þvermáli, lengd og uppbyggingu CNTs.

Ókostir:

Vörur hafa fleiri byggingargalla; grafitvæðingin er ekki eins mikil og með ljósbogaútskriftaraðferðinni.

Getur haldið eftir óhreinindum úr málmhvata, sem þarfnast hreinsunarmeðferðar.

Val á hvata er mikilvægt-hvatinn ákvarðar beint gæði vöru og afrakstur.

Samantekt:CVD aðferðin er ákjósanlegur kostur fyrir iðnvæðingu-þó að hreinleikinn sé aðeins lakari en fyrstu tvær aðferðirnar, hefur hún yfirgripsmikla kosti hvað varðar ávöxtun, kostnað og stjórnunarhæfni.

3. Samanburður Samantekt á aðferðunum þremur

Kjarnaniðurstaða:Bogalosunar- og leysireyðingaraðferðirnar henta til að útbúa hágæða sýni á rannsóknarstofum; CVD-aðferðin er eini kosturinn fyrir stóriðnaðarframleiðslu-.

4. Háþróuð CVD tækni: Frá rannsóknarstofu til tíu-þúsund-tonna mælikvarða

CVD tæknin sjálf er í stöðugri þróun. Auk hefðbundinnar varma CVD hefur háþróuð tækni eins og plasma-enhanced CVD (PECVD) og örbylgjuplasma CVD verið þróuð. Þetta getur vaxið CNTs við enn lægra hitastig og veitt nákvæmari stjórn á röðun og stefnu röra.

Bylting í CVD iðnvæðingu kínverskra fyrirtækja:

Shandong Tanfeng er eitt af fáum innlendum fyrirtækjum sem hefur náð tökum á kjarnatækninni til að framleiða kolefnisnanóefni með -gasfasaaðferðinni. Með því að nota fullkomlega sjálfvirka stjórn hefur afrakstur vöru verið aukin í yfir 99%. Framleiðslugeta hefur nú verið aukin í 2.000 tonn á ári, sem gerir það að einni af stærstu CNT framleiðslustöðvum í heiminum.

5. Kostir framleiðenda: Að gera CVD tækni frá „færum“ í „auðvelt í notkun“

Sem CNT framleiðandi höfum við valið CVD tæknileiðina og höfum gert nokkra áþreifanlega hluti á iðnvæðingarstigi:

Að ná tökum á kjarnatækni hvatahönnunar og undirbúnings.Í CVD aðferðinni er hvatinn „sálin“-það ákvarðar beint þvermál, fjölda veggja og ávöxtun CNTs. Í gegnum sjálfstætt þróað hvatakerfi okkar höfum við náð nákvæmri stjórn á vöruuppbyggingu, með þröngri þvermálsdreifingu og góðri samkvæmni -í-lotu.

Að brjótast í gegnum flöskuhálsinn við að stækka kjarnaofn-upp.Hefðbundnir CVD reactors hafa litla framleiðslugetu í einni-einingu. Að byggja tíu-þúsund-tonna verksmiðju myndi krefjast tugi eininga sem starfa samhliða, sem felur í sér mikla fjárfestingu og erfiða stjórnun. Við höfum tekið upp þriðju-kynslóð stór-hönnun kjarnaofna, þar sem afkastageta eins einingar er margfalt meiri en hefðbundins búnaðar, sem dregur verulega úr orkunotkun og launakostnaði.

Eins og er, eru CNT vörur okkar mikið notaðar í litíum rafhlöðuleiðandi aukefnum fyrir ný orkutæki, háþróaða fjölliða samsetningar, teygjur, geimferða, járnbrautarflutninga, vindorkuframleiðslu og önnur svið. Frá hráefnum til kjarnaofna, frá hvata til hreinsunar og dreifingar, við höfum náð tökum á allri tæknikeðjunni fyrir CVD framleiðslu á CNT, skuldbundið okkur til að koma þessu "ofur efni" inn í þúsundir atvinnugreina.