碳纳米管的制备方法概况

碳纳米管的制备方法有哪些？碳纳米管的制备方法有哪些？提到近期流行的新材料，就不得不提到碳纳米管，提到碳纳米管也就不能不提到它神奇的特性和广泛的应用，当然，还有它艰难的制备方法。

今天小编就来和大家聊一聊碳纳米管的制备方法有哪些。

催化裂解法催化裂解法是在600~1000℃的温度及催化剂的作用下，使含碳气体原料（如一氧化碳、甲烷、乙烯、丙烯和苯等）分解来制备碳纳米管的一种方法。

此方法在较高温度下使含碳化合物裂解为碳原子，碳原子在过渡金属-催化剂作用下，附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳米管。

催化裂解法中所使用的催化剂活性组分多为第八族过渡金属或其合金，少量加入Cu、Zn、Mg等可调节活性金属能量状态，改变其化学吸附与分解含碳气体的能力。

催化剂前体对形成金属单质的活性有影响，金属氧化物、硫化物、碳化物及有机金属化合物也被使用过。

电弧放电法电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。

电弧放电法的具体过程是：将石墨电极置于充满氦气或氩气的反应容器中，在两极之间激发出电弧，此时温度可以达到4000度左右。

在这种条件下，石墨会蒸发，生成的产物有富勒烯（C60）、无定型碳和单壁或多壁的碳纳米管。

通过控制催化剂和容器中的氢气含量，可以调节几种产物的相对产量。

使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单，但是生成的碳纳米管与C60等产物混杂在一起，很难得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。

此外该方法反应消耗能量太大。

有些研究人员发现，如果采用熔融的氯化锂作为阳极，可以有效地降低反应中消耗的能量，产物纯化也比较容易。

化学气相沉积法在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷。

这种方法是让气态烃通过附着有催化剂微粒的模板，在800~1200度的条件下，气态烃可以分解生成碳纳米管。

这种方法突出的优点是残余反应物为气体，可以离开反应体系，得到纯度比较高的碳纳米管，同时温度亦不需要很高，相对而言节省了能量。

气相沉积法制备碳纳米管的研究及产业应用前景分析近年来，碳纳米管作为一种新兴的纳米材料，受到了广泛的关注和研究。

而气相沉积法作为制备碳纳米管的重要手段之一，具有简单高效、可控性好等优点，在碳纳米管制备领域中得到了广泛的开发和应用。

一、气相沉积法制备碳纳米管的研究进展气相沉积法是利用化学气相沉积（CVD）技术来制备碳纳米管的主要方法之一。

在CVD过程中，利用一定的气相前驱体，通过催化剂的作用，将前驱体分解在催化剂表面上，生成碳原子，然后在该区域内形成碳纳米管。

常用的催化剂有Fe、Ni、Co等。

目前，气相沉积法的制备方式主要有低压CVD、等离子CVD、热反应CVD等。

CVD制备碳纳米管方法独特的优势，使其成为了国际上制备大规模碳纳米管的主要方式之一。

研究者们通过改进制备方法，探索新的碳纳米管催化剂和前驱体等等，已经取得了许多进展。

（一）变压法CVD制备碳纳米管变压法CVD是一种在不同气压下的CVD方法。

研究发现，在高压下碳纳米管的长度和直径会增加，而催化剂的大小和密度会随气压的增加而降低。

在一种碳原子含量相同的气氛中，使用变压法CVD可以分别制备不同直径和长度的碳纳米管。

2010年，德国Max-Planck-Institute的研究者们利用变压法制备了长度超过1mm的碳纳米管，并通过变压法CVD制备出了直径分别为1.4nm、1.8nm、2.1nm、2.4nm、3.0nm等不同直径的碳纳米管。

这些研究表明，变压法CVD可以通过改变反应的条件来调控碳纳米管的大小和形态。

（二）等离子体增强CVD制备碳纳米管等离子体增强CVD（PECVD）是通过电离气体形成等离子体，并利用电离气体中的激发态和离子束作用于反应表面的一种CVD技术。

PECVD技术具有较高的生长速度、化学稳定性好、可控性高等特点。

2015年，美国加利福尼亚大学研究人员采用PECVD方法制备出碳纳米管，并在此基础上制备了高质量的碳纳米管薄膜。

该方法具有制备新颖材料的优势，适用于各种基底，并且可大规模生产。

多壁碳纳米管的纯化方法多壁碳纳米管（Multiwalled carbon nanotubes，简称MWCNTs）是由多个同心圆的石墨层所构成的碳纳米管结构。

在制备过程中，MWCNTs 往往伴随着杂质和残留物，因此需要进行纯化处理以去除这些杂质，以保证其物理和化学性质的纯净性。

本文将介绍一些常用的多壁碳纳米管的纯化方法。

1.酸洗法：酸洗法是最常用的多壁碳纳米管纯化方法之一、首先，将MWCNTs加入到强酸（如浓硝酸和浓硫酸的混合物）中，然后在搅拌的条件下进行酸洗。

酸洗的过程可以去除大部分的杂质和残留物，如金属催化剂、沉淀物和有机物。

洗涤完毕后，用去离子水或酒精洗涤脱离酸性环境，并使用离心机将碳纳米管进行沉淀、干燥和分散。

2.热处理法：热处理法是另一种常用的多壁碳纳米管纯化方法。

该方法通过高温处理MWCNTs来去除残留的催化剂和有机物。

在热处理的过程中，MWCNTs通常被置于空气或惰性气体气氛中进行。

其中，空气气氛中的高温处理（通常在500-600摄氏度）会氧化MWCNTs表面的残留有机物，而惰性气体气氛中的高温处理（通常在700-1000摄氏度）可以去除残留的催化剂。

3.离子液体浸渍法：离子液体浸渍法是一种相对温和的多壁碳纳米管纯化方法。

首先，将离子液体溶解在合适的溶剂中，然后将MWCNTs置于溶液中浸泡。

通过离子液体的相互作用，MWCNTs表面的杂质和残留物可以与离子液体结合并溶解，从而达到纯化的目的。

最后，用溶剂将MWCNTs洗涤干净，并用离心机进行沉淀、干燥和分散。

4.气相氧化法：气相氧化法是一种纯化效果较好的方法，可以去除大多数的残留物和杂质。

在气相氧化法中，MWCNTs通常被置于高温氧气或臭氧气氛中进行氧化处理。

这样可以使残留的有机物氧化为揮发性物质并挥发出去，同时氧化能够引发石墨层之间的氧化和断裂，有助于去除残留的催化剂。

总结起来，多壁碳纳米管的纯化方法有酸洗法、热处理法、离子液体浸渍法和气相氧化法等，每种方法都有其特点和适用场景。

当代化工研究Modern Chemical Research150科研开发2020・16碳纳米管的制备方法*潘苏寅（北京化工大学北京100000）摘耍：碳纳米管属于相对较新的纳米材料，已经被人们公知了近30年，但是他们的历史要更长一些。

最早在1952年Radushkevich和Lukyanovich111观察到并且描述了碳纳米管，后来在1976年由Oberl等人⑵观察到单壁或双壁碳纳米管。

1991年，Iijima是第一位在测试一种用于C60碳分子制造的新电弧蒸发方法中描述了多壁碳纳米管制备过程的科学家［現1993年，Iijima和Bethune在各自的研究中描述了描述单壁碳纳米管的生长过程［㈠】。

单壁碳纳米管由一扌艮石墨烯管组成，而多壁碳纳米管由几根同心的石墨烯管组成，一个石墨管安装在另一个石墨管内。

碳纳米管的直径从单壁碳纳米管情况下的几纳米变化到多壁碳纳米管情况下的几十纳米。

碳纳米管的长慶通常在微米范围内⑹。

多壁碳纳米管最简单的例子是双壁碳纳米管，它们结合了单壁碳纳米管的优异性能，因此比简单的单壁碳纳米管具有多个优势(例如，更高的稳定性和刚度或内管和外管的独立掺杂)。

⑺自Iijima发现发表以来，碳纳米管因其独特的电，机械，光学，热和其他特性而开始广泛用于许多应用。

碳纳米管的应用通常由碳纳米管的结构(壁的数量，直径，长度，手性角等)决定，碳纳米管具有特殊的性能。

碳纳米管的可能应用包括导电膜，太阳能电池，燃料电池，超级电容器，晶体管，存储器，显示器，分离膜和过滤器，净化系统，传感器，衣服等。

大量的碳纳米管可以使用各种方法生产。

它们各自具有一些优点和缺点，导致产生不同的生长结果，因此选择合适的生产方法就显得尤为重要。

本研究的目的是简要概述用于碳纳米管合成的方法。

关键词：碳纳米管；合成方法中图分类号：T文献标识码：APreparation Method of Carbon Nano TubePan Suyin(Beijing University of Chemical Technology,Beijing,100000)Abstracts Carbon nanotubes are relatively new nanomaterials and have been known f or nearly30years,but their history is longer.As early as1952,Radushkevich and Lukyanovich observed and described carbon nanotubes,and in1976,Oberl observed single-walled or double-called carbon nanotubes.In1991,Iijima was the first scientist to describe the preparation process of m ulti-walled carbon nanotubes in testing a new arc evaporation method f or C60carbon molecule p roduction.In1993,Iijima and B ethune described the growth p rocess of s ingle-balled carbon nanotubes in their respective studies.Single-Balled carbon nanotubes are composed of o ne graphene tube,while multi-walled carbon nano t ubes are composed of s everal concentric graphene tubes,with one graphite tube installed in the other.The diameter of c arbon nanotubes changes f rom a f ew nanometers in the case cf s ingle-balled carbon nanotubes to tens of n anometers in the case of m ulti-balled carbon nano t ubes.The length of c arbon nano t ubes is usually in the micrometer range.The simplest example of m ulti-walled carbon nanotubes is double-called carbon nanotubes,which combine the excellent p erformance cfsingle-balled carbon nanotubes and thus have multiple advantages over simple single-walled carbon nanotubes(e.g.,higher stability and rigidity or independent doping of i nner and outer tubes).Since Iijima's discovery was p ublished,carbon nanotubes have been widely used in many applications due to their unique electrical,mechanical,optical,thermal and other characteristics.Possible applications of c arbon nanotubes include conductive films,solar cells,Juel cells,supercapacitors,transistors,memories,displays,separation membranes and filters,purification systems,sensors,clothing,etc.A large number of c arbon nanotubes can be produced using various methods.Each of t hem has some advantages and disadvantages,resulting in different growth results,so it is particularly important to choose the appropriate production method.The purpose of t his study is to briefly summarize the methods used in the synthesis of c arbon nanotubes.Key words z carbon nanotubes；synthetic method常见的碳纳米管合成方法包括电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法、火焰热解法和自下而上的有机方法。

碳纳米管的制备方法和应用领域碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳原子构成的纳米材料，具有独特的结构和特性，使其在科学研究和应用领域中具有巨大的潜力。

本文将简要介绍碳纳米管的制备方法和一些常见的应用领域。

碳纳米管的制备方法多种多样，其中较为常见的方法包括化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）、电弧放电法（Arc Discharge）和激光热解法（Laser Ablation）。

CVD法是目前最常用的制备碳纳米管的方法之一，其原理是使用金属催化剂在特定温度和气氛下将碳气体进行催化裂解，从而生成碳纳米管。

而电弧放电法则是通过高压电弧放电在碳电极上产生高温和高压条件，使碳原子逸出并形成碳纳米管。

激光热解法则是利用激光加热碳源使其发生剧烈挥发，形成碳纳米管。

碳纳米管具有多种独特的物理和化学特性，使得其在许多应用领域都有广泛的应用。

在材料科学领域，碳纳米管可以作为增强剂加入到复合材料中，显著提高复合材料的机械强度和热导率。

同时，碳纳米管还可以用于制备导电膜、传感器、超级电容器等。

在能源领域，碳纳米管可以用作锂离子电池、燃料电池和超级电容器等的电极材料，具有高能量密度和良好的循环性能。

此外，由于碳纳米管具有良好的导电性和导热性，还在电子器件和导电性聚合物的领域有广泛的应用。

在生物医学领域，碳纳米管也具有潜在的应用价值。

由于其尺寸与细胞颗粒相似，并具有较好的生物相容性，在药物传输和生物成像等方面具有巨大的潜力。

例如，研究人员利用碳纳米管制备了具有良好药物控释效果的纳米药物载体，用于治疗癌症等疾病。

此外，碳纳米管还可以用于制备具有高灵敏度和高选择性的生物传感器，用于检测生物分子和细胞。

虽然碳纳米管在许多领域中具有广泛的应用潜力，但其制备方法仍然存在一些挑战和困难。

目前，制备具有高纯度和规模化的碳纳米管仍然是一个难题。

另外，碳纳米管的毒性和生物安全性问题也需要进一步研究和解决。

碳纳米管的合成和应用碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs)是由纯碳构成的一种纳米材料，以其独特的物理和化学性质，在材料科学、生物医学等众多领域都有重要的应用和研究价值。

本文将从碳纳米管的合成方法、结构特征以及应用等方面进行讨论。

一、碳纳米管的合成方法碳纳米管最早是由日本科学家Sumio Iijima于1991年发现，并提出了一种制备碳纳米管的方法——电弧放电法。

该方法是通过电弧放电在高温下制备，得到的碳纳米管平均直径为10-20nm。

随后，人们发现在碳纳米管形成的高温条件下，化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition, CVD)也可以用来合成碳纳米管。

通过CVD法合成的碳纳米管平均直径可以达到数纳米级别。

此外，离子束辅助CVD、体积扩散法、等离子炮击法等方法也被用来合成碳纳米管。

这些方法各有优缺点，可以根据具体应用需求选择合适的方法。

二、碳纳米管的结构特征碳纳米管分为单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes, SWNTs)和多壁碳纳米管(Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWNTs)两种。

SWNTs是由一个或几个碳原子层叠而成的单层碳纳米管，直径在1-2nm左右；MWNTs则是由多层碳原子管叠加在一起构成的，直径在10-30nm左右。

SWNTs的结构主要包括芳香环、周边的螺旋结构以及端部的官能团等。

SWNTs具有高比表面积和高机械性能，同时还有超疏水性、高导电性和热导率等重要的物理和化学性质。

MWNTs的壁层数越多，直径越大，内壁和外壁之间的距离也越大。

MWNTs的直径越大，其比表面积也越小，但其机械性能就越强。

MWNTs和SWNTs相比，其电导率、热导率和力学性能都要略低。

同时，MWNTs相较于SWNTs更便于分散处理，应用更为广泛。

除了单壁和多壁两种结构外，根据碳纳米管的管径、手性和烯结构等进一步可将碳纳米管细分为不同类型，如外径为几百纳米的纳米线状碳纳米管和手性控制的带有特定电学性质的碳纳米管等。

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。

单壁碳纳米管制备方法单壁碳纳米管因其独特的结构和优异的性能，在材料科学、电子工程和生物医学等领域具有广泛的应用潜力。

以下是几种制备单壁碳纳米管的方法：1.电弧法电弧法是一种制备单壁碳纳米管的常用方法。

在这种方法中，两个高纯度石墨电极在高温下产生电弧，电弧的高温使石墨蒸发并反应形成碳纳米管。

此方法制备的单壁碳纳米管具有较高的纯度和直径可控性。

2.激光蒸发法激光蒸发法利用高能激光束将石墨或其他碳源蒸发，产生的碳原子在冷却过程中形成单壁碳纳米管。

此方法制备的单壁碳纳米管的直径和长度可以通过调整激光功率和扫描速度来控制。

3.化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过化学反应在气相中制备纳米材料的方法。

在制备单壁碳纳米管时，通常使用含碳气体（如甲烷）和催化剂，在高温下进行反应，生成单壁碳纳米管。

此方法可以大规模制备高质量的单壁碳纳米管。

4.火焰法火焰法是一种利用高温火焰制备单壁碳纳米管的方法。

在火焰中，含碳燃料（如甲烷）与氧气发生燃烧反应，形成的碳原子在高温下形成单壁碳纳米管。

此方法制备的单壁碳纳米管的直径和长度可以通过调整燃料和氧气的比例来控制。

5.模板法模板法是一种利用模板合成纳米材料的方法。

在制备单壁碳纳米管时，通常使用具有特定孔径的模板，将含碳前驱体溶液填充到模板中，然后在高温下进行反应，生成的碳纳米管通过模板孔径进行限制和形貌调控。

此方法可以大规模制备具有特定直径和长度的单壁碳纳米管。

6.电化学法电化学法是一种利用电化学反应制备单壁碳纳米管的方法。

在这种方法中，金属或半导体作为阴极，含碳的阳极在电化学作用下发生还原反应，生成的单壁碳纳米管沉积在阴极表面。

此方法制备的单壁碳纳米管的直径和长度可以通过调整电流和电压来控制。

7.球磨法球磨法是一种利用球磨设备制备单壁碳纳米管的方法。

在这种方法中，含有石墨或炭黑的粉末与硬质球磨球在球磨设备中高速碰撞和研磨，形成的碳原子在研磨过程中形成单壁碳纳米管。

此方法制备的单壁碳纳米管的直径和长度可以通过调整球磨时间和球磨球的材料来控制。

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。