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上海矽諾國(guó)際貿(mào)易有限公司 2020-11-18 點(diǎn)擊1432次
碳納米管是一種新型的碳結(jié)構(gòu)材料，1991 年由日本電子公司（NEC）的飯島博士發(fā)現(xiàn)。其微觀外形是同軸圓管，管壁為數(shù)層呈正六邊形結(jié)構(gòu)的碳原子，具有質(zhì)量輕、導(dǎo)熱性強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，引領(lǐng)了光學(xué)、電子、水凈化和藥物輸送等不同領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。
不過(guò)，為了滿足不斷增長(zhǎng)的工業(yè)需求，碳納米管的產(chǎn)量需要不斷升級(jí)，這也是碳納米管應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)之一。雖然科學(xué)家們已經(jīng)能夠培育出長(zhǎng)度約50厘米的單根碳納米管，但他們?cè)趪L試“種植”碳納米管陣列（碳納米管森林，后文簡(jiǎn)稱碳管森林）時(shí)，碳管長(zhǎng)度最多只能達(dá)到2厘米左右。其原因在于對(duì)碳納米管生長(zhǎng)起到關(guān)鍵作用的催化劑很容易失活或耗盡。這不僅推高了碳納米管的生產(chǎn)成本，還限制了其工業(yè)應(yīng)用。 不過(guò)據(jù)phys.org網(wǎng)站當(dāng)?shù)貢r(shí)間11月4日的報(bào)道稱，有日本科學(xué)家提出了一種制造碳納米管的新策略。利用這一革新方法，研究人員培育出的碳納米管森林創(chuàng)造了新的“長(zhǎng)度”紀(jì)錄——約14厘米，是現(xiàn)有碳納米管森林的7倍左右。
日本早稻田大學(xué)助理教授、團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Hisashi Sugime解釋說(shuō)：“在傳統(tǒng)制造工藝中，碳納米管由于催化劑的結(jié)構(gòu)變化逐漸停止增長(zhǎng)。我們專注于這一問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一種能夠抑制這種結(jié)構(gòu)變化的新技術(shù)，延長(zhǎng)了碳管森林的生長(zhǎng)時(shí)間。” 該團(tuán)隊(duì)首先在傳統(tǒng)的鐵鋁氧化物(Fe/Al2Ox)催化劑上加了一層釓(Gd)，涂在硅基底上。這個(gè)Gd層在一定程度上防止了催化劑的劣化，使森林的長(zhǎng)度可以長(zhǎng)到5厘米左右。
為了進(jìn)一步防止催化劑變質(zhì)，該團(tuán)隊(duì)將催化劑放在他們?cè)瓉?lái)的名為冷氣化學(xué)氣相沉積（CVD）反應(yīng)室中，將其加熱到750℃，并向其提供低濃度（ppm級(jí)）的鐵、鋁蒸汽。這使催化劑持續(xù)了26個(gè)小時(shí)，在這段時(shí)間里，密集的CNT森林可以長(zhǎng)到14厘米。處理后的催化劑能夠在26小時(shí)內(nèi)保持高度活性，在這段時(shí)間內(nèi)，密集的碳管森林足以達(dá)到14厘米長(zhǎng)。結(jié)果表明，這些CNT的純度很高，有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 這一成果不僅克服了CNTs廣泛工業(yè)應(yīng)用的障礙，而且打開(kāi)了納米科學(xué)研究的大門?！斑@種簡(jiǎn)單而新穎的方法，通過(guò)提供ppm級(jí)蒸汽源大幅延長(zhǎng)催化劑壽命，對(duì)石油化學(xué)和納米材料晶體生長(zhǎng)等其他領(lǐng)域的催化劑工程具有深刻的意義，”Sugime說(shuō)。