يمكن تخليق الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) باستخدام طريقة التفريغ القوسي، والتي تنطوي على عملية ذات درجة حرارة عالية حيث يتم تبخير الكربون ثم إعادة تكثيفه لتكوين أنابيب نانوية. وفيما يلي شرح مفصل للعملية:
ملخص
تتضمن طريقة التفريغ القوسي لتخليق الأنابيب النانوية الكربونية إنشاء قوس بلازما بدرجة حرارة عالية بين قطبين من الكربون في جو غازي خامل. تعمل الحرارة الشديدة على تبخير الأنود، ويتكثف الكربون المتبخر لتكوين أنابيب الكربون النانوية النانوية.
-
الشرح التفصيلي:
- الإعداد والشروط:
- يتكون إعداد التفريغ القوسي عادةً من قطبين من الجرافيت موضوعين مقابل بعضهما البعض في حجرة مملوءة بغاز خامل مثل الهيليوم أو الأرجون. يتم إخلاء الغرفة إلى ضغط منخفض لضمان نقاء بيئة التفاعل.
-
يُستخدم مصدر طاقة تيار مباشر (DC) لتوليد قوس بين القطبين. وعادةً ما يكون الكاثود عبارة عن قضيب من الجرافيت عالي النقاء، بينما يكون القطب الموجب عبارة عن قضيب معد خصيصًا يحتوي على معادن محفزة مثل الحديد أو النيكل أو الكوبالت لتسهيل نمو النانو تيرابايت ثلاثي النيتروز.
- تكوين القوس والتبخير:
- عندما يتم ضرب القوس، فإنه يولد درجات حرارة تتجاوز 4000 كلفن عند طرف الأنود. وتؤدي هذه الحرارة الشديدة إلى تبخير الكربون من الأنود، مما يؤدي إلى تكوين بلازما من ذرات وأيونات الكربون.
-
ويساعد وجود المعادن المحفزة في الأنود في تكوّن نواة لنمو ألياف CNTs من الكربون المتبخر.
- تكاثف ونمو الأيونات CNTs:
- عندما تبرد بلازما الكربون، تتكثف إلى أشكال مختلفة من الكربون، بما في ذلك الألياف الكربونية المتناهية الصغر. وتؤدي الجسيمات المحفزة دورًا حاسمًا في تحديد بنية ومواءمة أنابيب النفثالينات ثلاثية العدة.
-
وتنمو جسيمات CNTs من جزيئات المحفز هذه، حيث تصطف على طول محور القوس. ويتأثر النمو بدرجة الحرارة والضغط ووجود المحفزات.
- التجميع والتوصيف:
- بعد العملية، يتم تبريد الحجرة بعد العملية، ويتم تجميع النيتروزات ثلاثية الأبعاد من جدران الحجرة ورواسب الكاثود.
ثم يتم توصيف الألياف الضوئية CNTs المُصنَّعة باستخدام تقنيات مختلفة مثل الفحص المجهري الإلكتروني الماسح (SEM)، والفحص المجهري الإلكتروني النافذ (TEM)، والتحليل الطيفي لرامان لتحديد هيكلها ونقائها وجودتها.المراجعة والتصحيح:
