微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法在碳纤维上制备碳纳米管

化学气相沉积法制备多壁碳纳米管第35卷第11期2007年11月化工新型材料NEWCHEMICALMATERIALSV ol.35No.1137?化学气相沉积法制备多壁碳纳米管张璐朱红林海燕曹旭东(1.北京交通大学理学院化学所,北京100044;2.渥太华大学化学工程学院,加拿大渥太华KIN6N5)摘要以带程序升温装置的管式电阻炉为实验装置,采用化学气相沉积法,在一定的工艺条件下裂解二茂铁与双鸭山精煤的混合物制备出多壁碳纳米管.采用透射电镜,Raman光谱以及X射线衍射技术对碳纳米管产物进行袁征,同时研究了碳纳米管的生长机理.关键词碳纳米管,煤,化学气相沉积Synthesisofmulti—walledcarbonnanotubesbychemicalvapordepositionmethodZhangLuZhuHongLinHaiyanCaoXudong(1.DepartmentofChemistry,SchoolofScience,BeijingJiaotongUniversity,Beiiing10004 4;2.DepartmentofChemicalEngineering,UniversityofOttawa,Ottawa,Ontario,Canada,KI N6N5)AbstractMulti-walledcarbonnanotubes(MWNTs)weresuccessfullypreparedbychemical vapordepositionmethodwiththemixtureofferroceneandShuangyashanfinecoalasreactants.Ahorizontaltu bereactorwithaprogram- mableheatingsysthemwasusedastheexperimentalinstrument.TheMWNTsproductswere characterizedbytransmissionelectronmicroscopy(TEM),RamanspectroscopyandX-raydiffractiontechniques.Thegro wthmechanismofMWNTswasstudied.Keywordscarbonnanotube,coal,chemicalvapordeposition自碳纳米管(CNTs)发现以来_I],就以其独特的性质和潜在的应用前景引起了人们的广泛关注.有关CNTs的制备以及表征已经有大量的报道.CNTs的制备方法包括电弧法_2],激光蒸发法_3],化学气相沉积法(C,厂D)]等.其中,前两种方法需要较高的温度条件,制备的CNTs质量好,然而产量低,不适合工业化生产.相反,人们已证明CVD法可以用来大规模制备CNTs,它所需要的温度也相对较低(550～IO00~C)E.本研究采用CVD法,以带程序升温装置的管式电阻炉为实验装置,在一定的工艺条件下裂解二茂铁与双鸭山精煤的混合物制备多壁碳纳米管(MWNTs),同时研究了CNTs的生长机理.1实验部分1.1煤样固定碳和挥发分是表征煤中主要成分有机质性质的主要工艺性指标,灰分是煤中矿物质含量多少的度量指标_8].一般认为煤中固定碳含量高,意味着在化学气相沉积法中参与纳米碳材料形成的活性碳离子浓度高,从总体上有利于碳纳米管的形成.本方法采用的双鸭山精煤的固定碳含量达8O以上.对煤样进行粉碎,过140目筛.1-2化学气相沉积制备MWNTs反应装置是带有程序升温装置的管式电阻炉.其结构如图1所示.石英管的内径为18ram,长度为ll0cm.管式炉的有效温度区为300ram,位于石英管的中间部位.图1煤制多壁碳纳米管的实验装置图oeouples取适量精煤,与二茂铁以质量比1:3均匀混合,将其装入瓷舟中,再将瓷舟放入石英管的中央部位(反应区),通Nz50mL/min约15min排空.设置好反应时间3h和反应温度1000~C,开始加热.整个实验过程在N2保护下进行.实验结束后,在石英管管壁上及瓷舟中收产物.1.3M的表征用透射电镜(TEM,JEM-2010)观察碳纳米管粗产物的形貌,尺寸和结构.用Raman光谱(RenishawRM2000,632.8基金项目:国家863项目(2006AA03Z226);北京自然科学基金(29051001);国际合作项目(2OO6DFA6124O)作者简介:张璐(1985一),女,在读硕士,主要从事碳纳米管的研究.38化工新型材料第35卷nlTlHe-Nelaser)对产物的结构进行表征.产物的物相组成通过x射线衍射(XRD,XD-D1)观察.2结果与讨论为了研究碳纳米管的生长机理,采用TEM对产物进行表征,如图2所示.从图2a可以看出,有大量碳纳米管生成,同时存在一些杂质如催化剂颗粒和无定形炭等;图2b是单根碳纳米管的透射电镜图.可以看出,管径分布较均匀,碳管的端部封闭,含有金属催化剂颗粒,碳管管体中也存在一些金属颗粒,说明金属颗粒的催化作用可以在两侧同时进行,在制备过程中这些颗粒受到来自两侧的推力,被包覆在管体中_g,并造成碳管在颗粒处拐弯和变形的现象,如图2c所示.从图2c也可以看出,生成的碳管为MWNTs,碳管的内径和外径分布范围分别在4~10nm,24~40nm之间.图2碳纳米管的TEM图图3是碳纳米管的Raman光谱图.Raman光谱在1593.8cm处的G峰表明,制备的碳纳米管为MWNTs,与透射电镜的结果一致,这是由两个E2拉曼活性振动模式产生.G峰指示的是有序的石墨层结构;而出现在1329.2cm1处的D峰,由拉曼非活性呼吸振动模式A1造成的.它指示石墨层结构上的缺陷(不封闭的端口,无定形炭等)l】.两峰的强度比Ig/Id~l,说明合成的MWNTs有较大的缺陷,含有无定性炭等杂质,与TEM结果一致(图2所示),在其它以Fe为催化剂采用CVD法制备碳纳米管的文献中也有类似的发现_】3_. 没有出现呼吸振动峰(RBM),说明产物中没有单壁碳纳米管生成,进而说明该方法的合成选择性高.鼍想魑图3碳纳米管的Raman光谱碳纳米管粗产物的XRD谱图见图4.在20—26.处,该峰是碳纳米管的特征峰(002),它对应于石墨层片的间距0.34nm,说明MWNTs的层间距约为0.34nm.在20~45.左右,还发现了很强的峰,它是Fe和Fe3C的重叠峰.此峰的强度比碳纳米管的特征峰的强度高很多,说明产物中金属杂质占很大的比例.为了研究碳纳米管的生长机理,在相同的温度和时间条件下分别对二茂铁与精煤做了空白实验.TEM表征结果发现,单独裂解精煤时,产物中几乎没有碳纳米管;而单独裂解二茂铁时,产物中有许多纳米碳管,与裂解二者的混合物相比,该碳管的管长较短,管径较粗,约为6O～100nm;产物中也含有更多无定性炭,金属催化剂颗粒等杂质.该结果说明,采图4碳纳米管的XRD图用CVD法裂解二者混合物制备碳纳米管过程中,二茂铁作为催化物前驱体,在高温下分解出纳米级Fe原子和C原子,这两种原子形成Fe-C的固溶体,然后C原子从过饱和的固溶体析出,长出碳管;同时,Fe原子的催化作用是在碳管两侧同时进行的,导致生成的MWNTs管壁上缺陷多,石墨结构不完整,如图2和图3所示.精煤是许多有机和无机化合物的混合物,这些物质的化学结构间存在弱键,在一定条件下可断键释放出一系列烃类活性组分如烷烃和芳香烃等l2].在金属催化剂Fe原子的作用下,活性组分为CNTs的生长提供碳源此外,煤中含有较高含量的灰分物质表明,它可以提高纳米碳管的石墨化程度并促进金属的催化作用以致提高碳管产率[1415].裂解精煤与二茂铁混合物所得碳管形貌比单独裂解二茂铁所得碳管形貌好,杂质含量少,说明精煤中含有的灰分物质对碳管生长也起促进作用.3结论采用化学气相沉积法,在反应时间为2h,温度为1000℃,精煤与二茂铁的质量比为1:3的条件下,裂解精煤与二茂铁的混合物制得MWNTs.研究MWNTs的生长机理结果表明,二茂铁作为催化剂前驱体同时为碳纳米管的生长提供碳源;精煤既作为碳源,同时煤中含有的灰分物质在碳纳米管的生长过程中起到了重要作用.第11期张璐等:化学气相沉积法制备多壁碳纳米管?39?参考文献[1]Iijimas.Helicalmicrotubulesofgraphiticcarbon[J].Nature, 1991,354(7):56.L1OJ[2]JieshanQiu,ZhiyuWang,ZongbinZhao,eta1.Synthesisofdouble-walledcarbonnanotubesfromcoalinhydrogen-freeat一[111 mosphere[J].Fuel,2007,86:282—286.[3]程大典,余荣清,刘朝阳,等.碳纳米管的激光溅射产生[J].高等学校化学,1995,16(6):948—949.[121[4]ChengHM,LiF,SuG,etaLLarge-scaleandlow-costsyn—thesisofsingle-walledcarbonnanotubesbythecatalyticpyroly—sisofhydrocarbons[J].ApplPhysLett,1998,72:3282—3284.L13] [5]陈萍,王培峰,林国栋,等.低温催化裂解烷烃法制备碳纳米管[J].高等学校化学,1995,16(11):1783—1784.[6]孙晓刚,曾效舒.化学气相沉积法制备多壁碳纳米管研究[J]. 中国粉体技术,2002,8(5):34—36.L14j[7]DasguptaK,RamaniV enugopalan,SathiyamoorthynThe productionofhighpuritycarbonnanotubeswithhighyieldu—singcobaltformatecatalystoncarbonblack[J].MateLett,Ll5J 2007.,[8]邱吉山,韩红梅,周颖,等.由两种烟煤制备碳纳米管的探索性研究[J].新型炭材料,2001,16(4):1-5.GiuseppeG,RicardoV,JulienA,eta1.C2H6asanactivecar—bonsourceforalargescalesynthesisofcarbonnanotubasby chemicalvapordeposition[J].ApplCatal,2005,279:89—97.田亚峻,谢克昌,攀友三.用煤合成碳纳米管新方法[J].高等学校化学,2001,22(9):1456—1458.BakerRTK,HarrisPS,ThomasRB,eta1.Forraationof filamentouscarbonfromiron,cobaltandchromiumcatalyzed decompositionofacetylen[J].Catal,1973,30:86—95. KasuyaA,SakakiY,SaitoY,eta1.Evidenceforsize-depend—entdiscretedispersionsinsingle-wallnanotubes.PhysRevLett,1997:78:4434.QiuJS,AnYL,ZhaoZB,eta1.Catalyticsynthesisofsingle-walledcarbonnanotubesfromcoalgasbychemicalvapordepo—sitionmethod[J].FuelProcessingTechnology,2004,85:913—920.SaitoY,NakahiraT,UemuraSGrowthconditionsofdouble- walledcarbonnanotubesinarcdischarge[J].JPhysChem,2003,107(B):931—934.LiHJ,GuanLh,ShiZJ,eta1.Directsynthesisofhighpurl—tysingle-walledcarbonnanotubesfibersbyarcdischarge[J].J PhysChem,2004,108(B):4573—4575.收稿日期:2007-06-29lllllllllllllllllllllllllllllllllllllll,llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll (上接第36页)因此可以预测,用NHFePO4作为前驱体来制备LiFePO4可行的,而且将会很好地改善LiFePO4电池的电化学性能.邑{嘤波数/era图1样品的FTIR谱图20/(.)图2样品的XRD谱图一■a)最佳:I艺条件的样晶(b)正交宴验l的样品图3样品的SEM谱图图3是NH4FePO4的SEM谱图,样品(a)是最佳工艺条是件下制备的材料,样品(b)是按正交实验1的条件所制备的材料.从图中可以看出,样品(a)颗粒基本上是球形颗粒,平均粒径为1.6m,通过测试,其振实密度为1.73g/cm3.而样品(b)则是以不规则形状的颗粒为主,其振实密度也只有1.57g/cm3.3结论(1)用共沉淀法成功地合成出球形NH4FePO4.(2)用正交实验得到了共沉淀法合成NHFePO的最佳工艺条件:pH值为5.5,混合液流速为225mL/h,搅拌速度为120r/min,Fe浓度为1.0mol/L,反应体系温度为45.C,柠檬酸用量为混合液体积的6,NHs?HzO浓度为2.0mol/L.(3)在最佳工艺条件下,所得到NHFePO4的振实密度达到1.73g/cm3,为球形颗粒.参考文献[1]Y angSF,SongYN,NgalaK,eta1.PerformanceofLiFeP04 aslithiumbatterycathodeandcomparisonwithmanganeseand vanadiumoxides_J].PowerSources,003,119:239—246.[2]HuangH,YinSC,NazarLF.Approachingtheoreticalcapac—ityofLiFePO4atroomtemperatureathighrates[J].Electro—chemicalandSolid—Stateletters,2001,10(4):A170一A172. [3]ParkKS,SonJT,ChungHT,eta1.Surfacemodificationby silvercoatingforimprovingelectrochemicalpropertiesofLiFe—PO4_J].SolidStateCommunications,2004,129:311-314.[4]ProsiniPP,CarewskaM,ScacciaSLong—termcyclbilityof nanostructuralLiFePO4rJ_.ElectrochemicalActa,2003.48: 4205—4211.[5]卢俊彪,唐子龙,张中太,等.镁离子掺杂对LiFePO4/C材料电池性能的影响[J].物理化学,2005,21:319—323.[6]吴江,宋志方,罗新文,等.MH—Ni电池正极材料球形氢氧化镍的研究[J].江西化工,2005,3;75—78.收稿日期:2007-06-20《,。

碳纳米管膜制备方法
碳纳米管膜的制备方法可以分为以下几种：
1. 化学气相沉积（CVD）：在高温下，将碳源（如甲烷）与
催化剂（如金属纳米颗粒）反应生成碳纳米管。

碳纳米管会在基底上自组装形成膜。

2. 涂覆方法：将碳纳米管悬浮液或溶液均匀涂覆在基底上，通过溶剂挥发、沉积和退火等处理使碳纳米管自组装成膜。

3. 过滤法：将碳纳米管悬浮液通过纳滤膜或滤纸等过滤器，过滤掉悬浮液中的溶剂和杂质，使碳纳米管在过滤器中形成薄膜。

4. 剥离法：将多壁碳纳米管和聚合物混合后，通过机械或化学方法将聚合物去除，留下碳纳米管薄膜。

这些方法各有优缺点，具体选择方法需要根据应用需求和实验条件进行考虑。

碳纳米管材料的制备与应用随着科技的不断发展，人类需要的材料也越来越多样化。

其中，碳纳米管材料已经逐渐成为各个领域的研究热点。

碳纳米管是由碳原子组成的管状结构，具有优异的电学、热学和机械性能，因此在材料科学、能源、电子学、生物医学等领域都有广泛的应用。

本文将着重讨论碳纳米管的制备与应用。

一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法分为两类：化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)。

其中，化学气相沉积是目前主流的制备方法。

1. CVD法CVD法是一种将碳源物质通过高温反应在衬底上形成碳纳米管的方法。

该方法在过去几十年间被广泛应用。

其原理是将在高温下分解的碳源物质(MgO、Fe、Co、Ni等金属薄膜)与甲烷(CH4)等碳源反应，生成碳纳米管。

产生的碳纳米管在金属薄膜上进行生长，成品碳纳米管可以被用于许多领域，如生物医学、电子学和机械工程。

2. PVD法PVD法是物理气相沉积法，是将高温高真空条件下的碳到金属薄膜表面，使其发生化学反应产生的碳纳米管。

PVD法和CVD法相比，能够控制制备的材料的形态，所以在某些行业中得到了广泛应用。

二、碳纳米管的应用碳纳米管可应用于生物医学、电子，机械工程等诸多领域中。

下面我们将简述几个典型应用案例。

1.生物医学碳纳米管是最有前途的纳米生物材料之一，具有良好的潜在应用前景。

例如，在体内使用碳纳米管作为药物载体能够提高药物在体内的分布，从而改善治疗效果。

同时还可以在生物医学领域中应用到组织修复等方面。

虽然在生物医学应用领域，碳纳米管还有各种缺陷需要克服，但其无疑是一个相当有前景的材料。

2. 电子碳纳米管在电子领域中的应用被认为是随着大小更小的范围的涌现而产生的。

碳纳米管的应用在电学方面主要有两个方面：体积很小时还能保持完美的电性；因其结构的高度均匀性而成本效益较高。

3. 机械工程由于碳纳米管的力学性质优异，具有较高的韧性和高强度，可以有效解决一些结构耐磨、化学稳定度和热稳定度较差、承载能力不足，同时仍具有大量不仅仅是机架化的性能的问题，也具有广泛的应用和前景。

碳纳米管材料的制备与表征碳纳米管(Carbon Nanotube)是一种新型纳米材料，具有独特的物理和化学性质，是当今世界材料科学领域的热点之一。

碳纳米管的制备与表征是研究碳纳米管的基础，下面本文将从制备和表征两个方面来探讨碳纳米管材料的制备与表征。

一、碳纳米管的制备碳纳米管主要有几种制备方法：1.电弧放电法电弧放电法是最早用于制备碳纳米管的方法之一。

电弧放电法首先需要准备一种碳源和一种催化剂，然后将它们放置在高真空下进行放电。

当电弧弧光放出后，由于碳源的高温沸腾和冷凝，就能制备出含有碳纳米管的固体物质。

2.化学气相沉积法(CVD)化学气相沉积法是制备碳纳米管最为普遍的方法之一。

该方法是将一种碳源以及气体、金属等物质混合后喷入反应室中进行高温热解合成。

通过其反应机理可获得中等和高档数的纳米结构。

同时优点在于微加工结构的控制性能好、可空间成绩量化品质。

3.化学还原法化学还原法是一种化学制备碳纳米管的方法。

该方法首先将碳源氧化并使其成为一种有机盐，然后在存在催化剂的条件下进行还原。

该方法不仅能制备单壁碳纳米管，还能制备复合结构的碳纳米管，同时简单易行，操作灵活，成本低廉。

4.物理气相沉积法(PVD)物理气相沉积法是通过在真空环境下利用物理手段制备碳纳米管的方法。

该方法的主要特点是制备出的碳纳米管质量较高、形貌优美，但是其制备成本较高、操作难度大。

二、碳纳米管的表征1.扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜(SEM)是一种广泛应用于材料表征的手段，能够通过扫描材料表面来获得高质量、高解像度的表面信息。

在碳纳米管的表征中，SEM能够对碳纳米管的形状、大小、长度、导电性等方面进行定性和定量分析。

2.透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜(TEM)是一种非常有用的工具，可以用于探究碳纳米管的微观结构和试验性质。

透射电子显微镜在分析碳纳米管的时候能够实时捕捉样品的图像并显示出来。

通过获得的正面显微镜和侧面显微镜图像，可以进一步确定碳纳米管的壁厚、管长、管直径等。

碳纳米管的合成原理与电子传输性质碳纳米管是由碳原子构成的纳米尺寸的管状结构，具有独特的物理和化学性质，因此在纳米科技领域具有广泛的应用潜力。

本文将介绍碳纳米管的合成原理以及其电子传输性质。

一、碳纳米管的合成原理碳纳米管的合成涉及到多种方法，其中最常用的方法是化学气相沉积（CVD）和电化学沉积（ECD）。

1. 化学气相沉积（CVD）法CVD法是一种通过热解碳源气体在催化剂表面生长碳纳米管的方法。

一般而言，该方法主要包括以下步骤：（1）预处理：将催化剂（通常使用镍、铁等金属）覆盖在载体上，并进行适当的预处理，以提高催化剂的活性。

（2）碳源气体供应：将碳源气体（如甲烷、乙烯等）引入反应室中，同时提供适当的惰性气体（如氢气）以稀释碳源气体。

（3）加热反应室：反应室中的催化剂被加热至适当的温度（通常为600-1000摄氏度），使碳源气体发生分解反应。

（4）碳纳米管生长：碳源气体分解产生的碳原子在催化剂表面沉积并结晶，形成碳纳米管。

2. 电化学沉积（ECD）法ECD法是一种利用电化学原理，在合适的电位下，在电极表面沉积碳纳米管的方法。

具体步骤如下：（1）制备电极：选择适当的导电材料作为电极，如玻碳电极、金属电极等，使其表面光滑且无缺陷。

（2）电解液制备：选择合适的电解液，其中必须含有碳源，如氨水、甲基化合物等。

（3）电沉积：将电极浸入电解液中，施加适当的电位，通过电解反应使碳源离子还原形成碳纳米管在电极表面沉积。

（4）碳纳米管表征：将合成的碳纳米管从电极上取下，经过必要的清洗和表征手段，如扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）进行形貌和结构分析。

二、碳纳米管的电子传输性质碳纳米管的电子传输性质主要由其结构和几何形状决定，下面将介绍两种常见的电子传输性质：1. 金属性碳纳米管金属性碳纳米管具有类似金属材料的导电特性，其导电行为可以用自由电子气模型描述。

这种类型的碳纳米管具有优良的电子传导性能和低内阻，因此在纳米电子器件中有广泛的应用。

碳纳米管制备工艺设计碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种具有优异性能的纳米材料，具有高强度、高导电性和高导热性等特点。

下面是一种常见的碳纳米管制备工艺设计：1. 原料准备：准备碳源和催化剂。

常用的碳源包括乙炔、甲烷等，常用的催化剂有铁、镍等金属。

2. 反应装置设计：采用化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）方法进行碳纳米管的制备。

设计一个合适的反应室，包括反应管道和加热装置，确保反应温度和气氛的控制。

3. 催化剂载体制备：将催化剂与载体混合均匀，并制备成催化剂颗粒。

常用的载体有氧化铝、硅胶等。

催化剂颗粒的大小和分布对碳纳米管的生长有重要影响。

4. 反应条件控制：将碳源和催化剂颗粒引入反应装置中，控制反应温度和反应气氛。

通常在高温下（800-1000摄氏度）和惰性气氛（如氮气、氩气）下进行反应。

5. 碳纳米管生长：碳源在催化剂颗粒的作用下分解生成碳原子，并在催化剂表面以碳原子为基础开始生长碳纳米管。

碳纳米管的生长速率和结构特征可以通过调节反应温度、气氛和反应时间等参数来控制。

6. 收集和处理：经过一定时间的反应后，关闭反应装置，将产生的碳纳米管收集起来。

通常采用机械剥离或溶剂处理等方法将碳纳米管从催化剂颗粒上脱离。

7. 表征和分析：对制备得到的碳纳米管进行表征和分析，包括形貌观察、尺寸测量、结构表征和性能测试等。

常用的表征手段有扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱等。

碳纳米管的制备是一个复杂的过程，需要仔细选择合适的材料和工艺参数，并进行实验验证和优化。

此外，工艺设计还需要考虑环境保护和安全生产等因素。

流化床－化学气相沉积法可控及批量制备碳纳米管骞伟中＊，魏飞清华大学化工系，100084,北京E-mail: qianwz@化学气相沉积法目前已经发展成为批量制备碳纳米管的最有效率方法之一。

而流化床－化学气相沉积法更是提供了大量碳纳米管充分生长的超大空间以及均匀的传热传质环境。

在此，本文将总结流化床－化学气相沉积法的主要核心。

1.任何可以悬浮的颗粒均可以用流化床进行连续处理。

所以流化床－CVD法可以生产多种碳纳米管。

碳纳米管不仅可以生长在微米级的聚团状多孔催化剂颗粒上，也可生长在毫米级的陶瓷球的表面上，还可以生长在层状无机氧化物的层间，以大量得到聚团状的碳纳米管或毫米级长度的碳纳米管阵列。

2.双层变温流化床可以允许在不同级上的催化剂采用不同温度操作，从而可以调变催化剂的高温活性以便提高碳纳米管的收率。

3.下行床与湍动床耦合的反应器技术可以调变催化剂还原与碳沉积的平衡，还能充分利用催化剂的活性，从而大批量制备高质量的单／双壁碳纳米管。

关键词：碳纳米管；流化床；化学气相沉积。

Large scale and controllable production of carbon nanotubes by fluidized bed-Chemical vapor depositionWei-zhong Qian*, Fei WeiDepartment of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084,ChinaChemical vapor deposition(CVD) has been developed as one of the most effective methods to produce carbon nanotubes to this date. Fluidized bed-CVD has the advantage of large reactor volume to offer sufficient space with uniform mass and heat transfer condition, which is crucial to the growth of carbon nanotubes in large quantities. Here, I will summarize the key point of fluidized bed CVD.One, any suspended particles can be disposed continuously in fluidized bed, which allows the fluidized bed suitable for the production of many kinds of carbon nanotubes, whether grown on the micron-sized agglomerate catalyst particles, or on the surface of millimeter-sized ceramic spheres, as well as on the layered metal oxides. Thus fluidized bed- CVD is suitable for the mass production of agglomerate carbon nanotubes and the millimeter long vertically aligned carbon nanotube array.Second, the temperature shift two-stage fluidized bed offers an unique operation of catalyst in different temperature zones in different positions, and is effective to tailor the catalyst activity for a high yield production of carbon nanotubes in high temperature.Third, the coupled down reactor and turbulent fluidized bed reactor is effective to control the balance of catalyst reduction and carbon deposition, and to utilize the maximal activity of the catalyst in theproduction of high quality of single or double walled carbon nanotubes. Keywords：Carbon Nanotubes; Fluidized Bed; Chemical Vapor Deposition.。

碳纳米管的制备与应用技巧碳纳米管作为一种具有特殊结构和优良性能的纳米材料，其制备与应用一直受到科学家们的广泛关注。

本文将深入探讨碳纳米管的制备技术以及其在不同领域的应用，希望能够为读者带来一些有益的思考。

第一部分：碳纳米管的制备技术1. 碳纳米管的化学气相沉积方法化学气相沉积是目前常用的碳纳米管制备方法之一。

该方法通过控制反应条件，在金属催化剂表面使碳源发生热分解，从而生成碳纳米管。

在不同的反应条件下，可以制备出不同结构和性质的碳纳米管。

2. 碳纳米管的电化学沉积方法电化学沉积是一种相对简单且可控性较好的碳纳米管制备方法。

通过将导电基底放置于含有碳源和电解质的溶液中，施加特定电位或电流，在导电基底上沉积碳纳米管。

该方法的优点在于可以精确控制碳纳米管的形貌和尺寸。

3. 碳纳米管的物理气相沉积方法物理气相沉积是一种通过高温炭化碳源材料制备碳纳米管的方法。

在高温条件下，碳源材料会发生热分解，生成碳原子，进而形成碳纳米管。

该方法通常需要较高的温度和真空环境，制备过程相对较为复杂。

第二部分：碳纳米管的应用技巧1. 碳纳米管在电子领域的应用碳纳米管具有优异的导电性能和力学特性，在电子领域具有广泛的应用前景。

例如，可以将碳纳米管作为柔性电子器件的基底材料，制备出具有高灵活性和可扩展性的电子产品。

2. 碳纳米管在能源领域的应用碳纳米管也可以应用于新能源领域。

例如，可以将碳纳米管作为锂离子电池的电极材料，其高比表面积和强大的承载能力可以显著提高电池的能量密度和循环寿命。

3. 碳纳米管在生物医学领域的应用碳纳米管在生物医学领域具有许多独特的特性，例如可以用于细胞成像、药物递送和生物传感等应用。

通过将药物包裹在碳纳米管内，可以实现药物的靶向输送，并提高疗效。

4. 碳纳米管在材料强化领域的应用碳纳米管具有出色的力学性能和化学稳定性，可以作为材料的增强剂。

通过将碳纳米管添加到聚合物基体中，可以显著提高材料的强度、刚度和耐磨性能。

C V D工艺参数总结（内部交流资料，整理：周建伟，2005年4月1日-5月7日）化学气相催化法与其它方法相比具有很多优点：反应设备简单，成本低且易于设计；可实现大规模生产；反应在中等温度进行，并且副产物比其他方法少；通过调控反应条件(温度，压力，时间，原料)可以很容易控制反应过程，并可实现控制碳管的尺寸，产率，形貌等，可以制备长甚至超长的碳纳米管；原料成本低等。

在过去的几年中有大量文献报导化学气相催化法制备碳纳米管，以及影响其结构参数的工艺因素[6]。

化学气相催化法制备碳纳米管按照催化剂存在或加入方式可以分为三种：固定催化法，喷淋法，浮动催化法。

催化剂一般使用过渡金属元素Fe，Co，Ni或其组合，有时也添加稀土等其他元素及化合物。

详见参考文献[6]。

CVD法产物的特点：CVD制备的多碧碳纳米管为缠结在一起的针状弯曲型多层同轴套即多碧管。

此外，CVD法制备的多壁碳纳米管结晶度不高，存在许多的缺陷可以通过石墨化处理（真空或惰性气体保护下，理论上2300o C可以完成石墨化处理，实际处理温度2800o C-3000o C）大幅提高结晶度改善性能[18]。

CVD法制备CNT的参数：最优参数的确定非常的不易，建议用正交实验来减少实验时间和次数。

CNTs产率（Yield）：M CNTs为产物纯化后纳米碳管的质量，Mcat为所用催化剂的质量。

注：有些文献上的产率公式复杂一些。

In this paper we summarize the effect of the process parameters on CNT features, amount and growth rate are described. The growth time, the substrate temperature, the total pressure, the hydrocarbon concentration and the nickel to alumina ratio were varied in order to study the effect on the growth rate and quality and to find relationships between the total product amount and the process parameters.The experimental results also indicated that, in the growing process of carbon nanotubes, the rate-determining step was dependent upon the conditions of preparation (i.e. feedgas used, reaction temperature, flow-rate of the feedgas, etc.).[56]1．反应室的形状和直径小管单位面积产率远大于大管产率[1]。