تُزرع الأنابيب النانوية الكربونية النانوية (CNTs) في المقام الأول من خلال عملية تسمى الترسيب الكيميائي التحفيزي للبخار (CVD). وفي هذه الطريقة، يتم استخدام محفز معدني لتسهيل تفاعل غاز السلائف في الركيزة، مما يتيح نمو الأنابيب النانوية الكربونية النانوية عند درجات حرارة أقل مما كان ممكناً لولا ذلك. ويمكن أن يؤثر اختيار الغاز السليفة مثل الميثان أو الإيثيلين أو الأسيتيلين ووجود الهيدروجين على معدل النمو وكفاءة العملية. وتُعد الظروف المثلى، بما في ذلك وقت بقاء الغاز وتركيز مصادر الكربون، حاسمة لتحقيق معدلات نمو عالية وتقليل استهلاك الطاقة.
شرح مفصل:
-
عملية التفريغ القابل للذوبان القابل للذوبان الحفزي:
-
في عملية التفريغ القابل للقطع CVD التحفيزي، يتم ترسيب محفز معدني، غالبًا ما يكون من الحديد أو الكوبالت أو النيكل، على ركيزة. وتعمل جزيئات المحفز كمواقع تنوي لنمو النيتروزات ثلاثية الأبعاد. عندما يتم إدخال غاز يحتوي على الكربون، مثل الميثان أو الإيثيلين، في غرفة التفاعل، يتحلل على سطح المحفز عند درجات حرارة مرتفعة (عادةً ما بين 500 درجة مئوية إلى 1000 درجة مئوية). وبعد ذلك تترابط ذرات الكربون من الغاز المتحلل معًا لتكوين البنية الأسطوانية للنقاط النفثالينات المدمجة.تأثير الغازات السليفة والهيدروجين:
-
يؤثر اختيار الغازات السليفة بشكل كبير على نمو النتريدات ثلاثية الأبعاد. ويتطلب الميثان والإيثيلين الهيدروجين لتحويلهما الحراري قبل دمجهما في النانوتينات ثلاثية الأبعاد. ويمكن للهيدروجين أيضًا أن يقلل من المحفز، مما يعزز نشاطه. وعلى النقيض من ذلك، لا يتطلب الأسيتيلين الهيدروجين للتخليق، باستثناء تأثير اختزال المحفز. تشير الدراسة إلى أنه عند التركيزات المنخفضة للهيدروجين يمكن أن يعزز نمو الأسيتيلين CNT، ربما عن طريق المساعدة في اختزال المحفز أو المشاركة في التفاعل الحراري.
-
معدل النمو وزمن البقاء:
-
يُعد الحفاظ على معدل نمو مثالي أمرًا بالغ الأهمية لإنتاج CNT بكفاءة. ويتأثر ذلك بوقت بقاء غاز السلائف في غرفة التفاعل. إذا كان وقت المكوث قصيرًا جدًا، فقد لا يتراكم مصدر الكربون بشكل كافٍ، مما يؤدي إلى إهدار المواد. وعلى العكس من ذلك، إذا كان وقت المكوث طويلًا جدًا، فقد يكون هناك تجديد محدود لمصدر الكربون وتراكم المنتجات الثانوية، مما قد يعيق عملية النمو.استهلاك الطاقة وتركيز مصدر الكربون:
يمكن أن يؤدي ارتفاع تركيزات مصادر الكربون والهيدروجين إلى زيادة استهلاك الطاقة، ولكنه يساهم أيضًا في زيادة معدلات النمو بسبب توافر المزيد من السلائف الكربونية المباشرة. ويُعد هذا التوازن بين استخدام الطاقة وكفاءة النمو جانبًا حاسمًا في تحسين عملية التفكيك القابل للذوبان في الألياف الكربونية لإنتاج النيتروز النفطي.المجالات الناشئة والمواد الأولية الخضراء:
