碳納米管的制備工藝及應(yīng)用
碳納米管的制備工藝主要有以下幾種:
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電弧放電法
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在充滿氦氣等惰性氣體的反應(yīng)室中,將兩根石墨電極靠近,通電產(chǎn)生電弧,使石墨電極蒸發(fā),在陰極上沉積得到碳納米管。該方法制備的碳納米管純度較高,但產(chǎn)量較低,設(shè)備成本高。
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激光蒸發(fā)法
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利用脈沖激光的高能量密度,使石墨靶材蒸發(fā),產(chǎn)生碳納米管。此方法可精確控制反應(yīng)條件,制備的碳納米管質(zhì)量好,但同樣存在產(chǎn)量低、成本高的問題。
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化學(xué)氣相沉積法(CVD)
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將碳?xì)浠衔锏葰鈶B(tài)碳源與催化劑一起通入反應(yīng)爐中,在高溫和催化劑作用下,碳源分解并在催化劑表面生長出碳納米管。該方法產(chǎn)量高、成本低,可大規(guī)模生產(chǎn),且能通過控制反應(yīng)條件精確調(diào)控碳納米管的生長位置和結(jié)構(gòu)。
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碳納米管具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能,在多個領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用:
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電子領(lǐng)域
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由于其具有良好的導(dǎo)電性和載流子遷移率,可用于制造高速晶體管、集成電路互連導(dǎo)線、場發(fā)射顯示器等,能提高電子器件的性能和集成度。
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能源領(lǐng)域
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作為電極材料,可提高電池的充放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性,如應(yīng)用于鋰離子電池、超級電容器等。還可用于制造燃料電池中的催化劑載體,提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。
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復(fù)合材料領(lǐng)域
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添加到聚合物、金屬、陶瓷等基體中,能顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等,可用于制造航空航天材料、汽車零部件、體育用品等。
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生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
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其具有良好的生物相容性,可作為藥物載體,實(shí)現(xiàn)藥物的靶向輸送,提高藥物療效,降低副作用。還可用于生物傳感器,實(shí)現(xiàn)對生物分子的快速、靈敏檢測。
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