碳纳米管的4大制备方法

碳纳米管在几何层面上可以看作由若干层石墨片沿同一轴线卷绕而形成的空心管状结构，根据石墨片层数可将其分为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管。目前，它的制备方法有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法（CVD）以及火焰法等。其具体操作如下：

一、电弧放电法

首先在反应器内通入惰性气体，以石墨棒作阴阳电极，通入直流电后，阳极汽化形成碳纳米管，并以煤烟的形式沉积在阴极表面及腔壁周围。通常，多壁碳纳米管的合成不需添加催化剂；而在阳极中掺入Fe、Co、Ni等金属催化剂可以合成单壁碳纳米管。

二、激光烧蚀法

在惰性气氛下，通过高能激光能使固体石墨汽化来制备碳纳米管。相比于电弧放电法，该方法更有利于单壁碳纳米管的生长，并且易于进行生长机理的分析。在该方法中，碳纳米管的产率很大程度上取决于催化剂的种类。

三、化学气相沉积法

CVD法是将烃类或含碳氧化物引入到含有催化剂的高温管式炉中经过催化分解后形成碳纳米管。该生产方法的设备主要包括水平反应炉、流化床反应炉、垂直反应炉等。

四、火焰法

其又称为燃烧法，最早应用于炭黑以及二氧化钛等的合成。火焰环境不仅能够提供碳材料成核的化学组分，还可以为碳材料的生长提供所需能量。根据燃料和氧化剂的引入方式可将火焰分为预混合火焰和扩散火焰。预混合火焰是把燃料和氧化剂经过预先混合后再引入到燃烧器中进行燃烧。与预混合火焰不同，扩散火焰中燃料和氧化剂是分开引入的，通过扩散的方式实现接触，碳纳米管倾向于在火焰的燃料侧形成。常见的扩散燃烧方式有对流扩散火焰、并流扩散火焰和反扩散火焰三种。

自1991年被发现以来，碳纳米管以其优异的力学、机械和电化学特性而被广泛研究。这些独特的性质使其在包括催化储氢、二次电池及超级电容器等领域显现出巨大的应用潜力。

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