温控电弧放电法大量制备单壁碳纳米管.pdf

第53卷第1l期2004年11月 物 理 学 报 1000—3290／2004／53(11)／3961．05 ACTAPHYSICASINICA ⑥2004 Chin．Phys．Soc． 温控电弧放电法大量制备单壁碳纳米管* 赵廷凯 柳永宁 (西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，西安710049) (2003年12月1713收到；2004年2月23日收到修改稿) 化剂，通过控制温度等工艺条件，在容器内壁生成了大量单壁碳纳米管，尤其在阴极与阳极之间有大量的宏观网状 影响单壁碳纳米管的产量，不同温度下管子的纯度、产量都有差异，在温度为600。C时，其纯度达到70％，产量为 129／h． 关键词：单壁碳纳米管，电弧法，温度影响 PACC：8120，3220F，3220R 50％的单壁碳纳米管，制备单壁碳纳米管的最高产 1．引 言 电法，制备出了大量网状及薄膜状单壁碳纳米管，其 1993年，Iijima和Bethune等人制备出了单壁碳 纳米管¨’21．相对于多壁碳纳米管，单壁碳纳米管的 (HiP，。)法制备出纯度为70％的单壁碳纳米管； 管壁仅仅由一层石墨片组成，可以看作是将一层石 墨片从原点(0，0)沿C轴卷曲闭合而成，直径主要分管，利用电弧放电法，研究了温度变化对制备单壁碳 布在0．4—3nm之间．可用螺旋矢量C。=(n，m)惟 纳米管的影响，其产量小，碳管管径约为1．38nm．由 一确定单壁碳纳米管的结构．(n，0)单壁碳纳米管于该设备管径较小，起弧放电温度对管内的温度影 称为锯齿(zig．zag)型，(n，n)单壁碳纳米管称为扶手响很大，很难说明环境温度对实际制备过程温度的 椅(armchair)型，(／t，m；凡≠m)单壁碳纳米管称为螺 影响．目前文献报道的电弧设备¨卜”1通常不控制真 旋(chiral)型．由于单壁碳纳米管代表了一维纳米材 空室内的温度，蒸发出的碳原子在真空室壁上大部 料的性能，为研究纳米材料的微观特性提供了一个 分不成管，因此产量较低．为此，研究电弧放电法在 最简单的模型．因此，研究单壁碳纳米管具有很大 一定条件下大量制备高纯度高单壁碳纳米管仍具有 的理论和实际价值． 重要意义． 目前，制备单壁碳纳米管的方法主要有三种，即 电弧放电法b_6J、化学气相沉积法(CVD)法q1和激 2．实 验 光蒸发法--0’11一，但主要的方法为电弧放电法和激光 蒸发法．采用传统电弧放电法制备碳纳米管，存在的 本实验制备单壁碳纳米管的装置为自行设计能 主要问题是产量小．为了提高产量，许多研究者做了 够控温的电弧炉m1，其简图如图1所示．其真空容 大量的研究．如Ando等人。5o通过对传统电弧放电法 的改进，利用电弧等离子体喷射(arc iet，简称 是在炉内增加了加热装置，能控制炉内的温度，可以 plasma APJ)法，在容器底部制得棉絮状产物，其中含有 +陕西省科技计划项目(批准号：2003K07一G12)资助的课题 万方数据 3962 物 理 学 报 53卷 表1温度对单壁碳纳米管的产量、纯度、管束直径的影响 阳极转盘可同时放置6根直径为10m