制备CNTs的传统方法是电弧法[2]。S. Iijima博士最先发现MWCNTs时就是采用电弧法,但当时得到的MWCNTs中含有许多的杂质。之后,T.W. Ebbesen 和 P.M. Ajayan[2]开始尝试改进电弧法,他们使用氦气替代氨气作为缓冲气体,并提高气体压力,使制成的MWCNTs纯度大大提高。电弧法制备方法简单,但制备效率一直难以提高。随后又发展出了激光蒸汽法、离子束辐射法、化学气相沉积法等多种生产碳纳米管的方法。化学气相沉积法[2]如今最常使用,基本原理是让含有C6H6,C2H2,C2H4等碳源的气体通过催化剂表面,这些气体会分解产生碳纳米管。化学气相沉积法制备SWCNTs的温度只要在1000摄氏度左右,比电弧法和激光蒸汽法要低得多,且具有产量高,成本低,设备简单和易于控制等优点。
1.2碳纳米管的结构与种类源'自:751`!论~文'网www.751com.cn
1.2.1按照层数分类
碳纳米管可以看成是由单层的石墨烯片弯曲而形成的管状结构,因卷曲的角度和直径不同,其结构也各异。一般按照石墨烯的层数可以分为:SWCNTs和MWCNTs。
SWCNTs是单层的石墨烯卷曲得到的,直径大小的分布范围小,一般在6纳米以内,且实验制得的SWCNTs的碳管缺陷少,性能好。SWCNTs的典型直径在0.6~2纳米,目前实验室中可以制备出的直径最小的SWCNTs约为0.3纳米。SWCNTs结构简单,可作为其他类型碳纳米管的研究基础。
多层的石墨烯构成的同心管就是MWCNTs,人们最早发现的碳纳米管就是MWCNTs。MWCNTs的结构不如SWCNTs稳定,容易产生较多的缺陷,通常实验中制备的MWCNTs管壁上总有许多像小洞状的缺陷。另外,MWCNTs最内层的直径可达0.4纳米,最粗可以达数百纳米,但是典型的MWCNTs直径为2~100纳米。
1.2.2按照手性分类
晶体具有手性,指的是该晶体仅依靠平移或者旋转是无法与自身完全的重合的。石墨烯的卷曲方向不同,SWCNTs的手性也会不同。根据手性的不同,SWCNTs可以被分为三种类型:扶手椅型碳纳米管(armchair SWCNTs),锯齿型碳纳米(zigzag SWCNTs)以及螺旋型碳纳米管(chiral SWCNTs)。