碳纳米管(CNT)在空气中可以承受高达约 500°C 的温度,然后才开始氧化和降解。这一温度阈值对于 CNT 的制备和应用至关重要,尤其是在暴露于空气中不可避免的环境中。
详细说明:
-
石墨和碳纳米管的氧化:
-
石墨是 CNT 的原材料,它对氧气很敏感,当暴露在 500°C (932°F)左右的空气中时就会开始氧化。这种氧化过程会导致质量快速损失,在某些条件下每天损失高达 1%。持续暴露在高温空气中会导致材料厚度下降,最终导致结构失效。石墨的这一特性会直接影响 CNT 在类似条件下的稳定性和使用寿命。工作温度和环境:
-
在氧气含量降低或真空的受控环境中,石墨以及 CNT 的工作温度会明显更高。例如,石墨在压力低至 10-2 托时的使用温度可达 2450°C(4442°F),在 10-4 托时的使用温度可达 2150°C(3902°F)。这些条件在空气中的大多数 CNT 实际应用中并不典型,但它们凸显了在受控条件下进行更高温度操作的潜力。
-
制备技术和温度控制:
碳纳米管的制备通常涉及等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 等技术,这些技术可以降低生长高质量碳纳米管所需的基底温度。传统上,生长碳纳米管需要 800°C 以上的温度,但 PECVD 技术的进步使碳纳米管的生长温度低至 120°C。温度的降低不仅缓解了对可使用材料和基底的限制,还有助于通过避免高温氧化区来保持 CNT 的完整性。
对应用的影响: