والطريقة الكيميائية الأساسية لتخليق الأنابيب النانوية الكربونية هي الترسيب الكيميائي للبخار (CVD). وتنطوي هذه الطريقة على تحلل الغازات الهيدروكربونية على محفز معدني عند درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى تكوين أنابيب الكربون النانوية. ويفضل استخدام طريقة الترسيب بالبخار القابل للذوبان CVD لقابليتها للتطوير والتحكم في بنية الأنابيب النانوية، مما يجعلها العملية التجارية السائدة.
الشرح التفصيلي:
-
عملية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD):
-
في عملية الترسيب الكيميائي بالترسيب بالتبخير الكيميائي، يتم تمرير غاز سليفة - عادةً ما يكون هيدروكربون مثل الميثان أو الإيثيلين - فوق محفز معدني (غالباً ما يكون الحديد أو الكوبالت أو النيكل) عند درجات حرارة عالية، تتراوح عادةً بين 600 درجة مئوية و1200 درجة مئوية. وتعمل جزيئات المحفز المعدني كمواقع تنوي حيث تتحلل ذرات الكربون من الغاز ثم تتجمع من جديد في البنية الأنبوبية للأنابيب النانوية. يحدث نمو الأنابيب النانوية في اتجاه عمودي على سطح المحفز.تحضير المحفز والركيزة:
-
غالبًا ما يتم ترسيب المحفز على ركيزة يمكن أن تكون رقاقة سيليكون أو صفيحة خزفية. يجب أن تكون جزيئات المحفز بالحجم المناسب (عادةً 1-100 نانومتر) لتسهيل نمو الأنابيب النانوية. ويُعد إعداد طبقة المحفز أمرًا بالغ الأهمية لأنه يؤثر على كثافة الأنابيب النانوية ومحاذاتها وجودتها.
-
معلمات العملية:
-
يعتمد نجاح تخليق الأنابيب النانوية النانوية عبر التفريغ القابل للذوبان (CVD) على عدة معايير بما في ذلك درجة الحرارة ومعدلات تدفق الغاز والضغط واختيار المحفز. على سبيل المثال، تعزز درجات الحرارة المرتفعة عمومًا نموًا أسرع ولكن يمكن أن تؤدي أيضًا إلى عيوب في الأنابيب النانوية. ويؤثر معدل تدفق الغاز على تركيز ذرات الكربون المتاحة للنمو، ويمكن أن يؤثر الضغط على انتشار هذه الذرات إلى سطح المحفز.التقنيات والمواد الأولية الناشئة:
تشمل التطورات الأخيرة في مجال التفكيك القابل للذوبان بالقنوات CVD استخدام أول أكسيد الكربون كمادة وسيطة في طرق التفكيك القابل للذوبان القابل للذوبان الحفزي المعدلة. وبالإضافة إلى ذلك، هناك اهتمام متزايد باستخدام المواد الأولية الخضراء أو النفايات مثل ثاني أكسيد الكربون المستخلص بالتحليل الكهربائي في الأملاح المنصهرة أو التحليل الحراري للميثان. وتهدف هذه الأساليب إلى إنتاج نترات ثلاثي النيتروز CNTs مع إدارة النفايات البيئية وتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
