碳纳米管(CNT)可通过多种方法生产,其中化学气相沉积(CVD)是最主要的商业方法。其他方法包括激光烧蚀、电弧放电以及新兴的绿色技术,如熔盐中的二氧化碳电解和甲烷热解。每种方法在效率、成本和环境影响方面都有其独特的优势和挑战。
化学气相沉积(CVD):
化学气相沉积是商业化生产碳纳米管最普遍的方法。该工艺包括在高温下分解金属催化剂上的碳氢化合物气体。金属催化剂通常是铁、钴或镍,沉积在基底上。当碳氢化合物气体流过催化剂时,会发生分解,碳原子沉积在催化剂上,长成纳米管。CVD 可以很好地控制纳米管的结构和取向,因此适用于各种应用。激光烧蚀:
这种方法是使用高功率激光在熔炉中蒸发石墨目标。气化后的碳凝结成纳米管。激光烧蚀法能够生产高质量的单壁碳纳米管,但与 CVD 相比,其成本效益和可扩展性较低。
电弧放电:
- 在电弧放电中,惰性气体环境中的两个石墨电极之间会产生大电流电弧。高热使阳极气化,气化的碳在冷却后形成纳米管。这种方法也很有效,但与化学气相沉积法相比,可控性较差,能耗较高。
- 新兴绿色技术:熔盐二氧化碳电解法:
这种方法可捕获二氧化碳,并利用熔盐电解来生产碳纳米管。这种方法通过利用温室气体实现可持续发展,但生产的纳米管质量令人担忧。
甲烷热解: 该工艺是将甲烷热分解成氢和固态碳,其中包括碳纳米管。CarbonMeta Technologies 和亨斯迈(Huntsman)等公司正在利用废甲烷探索这种方法,以有效封存碳排放。