Tillverkning av Nanorör (carbon nanotubes”CNTs”) & Grafen
Nanorör (carbon nanotubes”CNTs”)
- Att tillverka carbon nanotubes (CNTs) i stor skala kräver effektiva och skalbara tillverkningsmetoder.
- Här är några av de bästa metoderna som används för att producera CNTs i stor skala:
Kemisk gasfasdeponering (Chemical vapor deposition”CVD”):
- CVD är en vanlig metod för att producera CNTs i stor skala.
- Det innebär att en kolväte- eller syreinnehållande gas blandas med ett katalysatoriskt material och upphettas till höga temperaturer.
- Under dessa förhållanden reagerar gasen för att bilda carbon nanotubes på ytan av katalysatorn.
- CVD-metoden kan ge hög renhet och enkel styrning av CNT-tillväxten.
Laserablation:
- Laserablation innebär att en stark laserstråle används för att avdunsta en målmaterial, vanligtvis grafit, i en gasformig miljö.
- Denna metod kan producera CNTs med hög renhet och kan skala upp till storskalig produktion.
- Laserablation kan vara kostsamt men ger bra kontroll över CNT-egenskaperna.
Elektrisk urladdning (arc discharge):
- Vid elektrisk urladdning används en elektrisk urladdning mellan två grafelektroder i en innesluten miljö, vanligtvis fylld med en inaktiv gas som helium eller argon.
- Under urladdningen förångas grafiten och bildar CNTs.
- Denna metod kan producera CNTs med hög renhet och höggradig strukturering men har vissa begränsningar när det gäller skalbarhet.
Kemisk vätskefasdeponering (CCVD):
- CCVD är en variant av CVD som utförs i en vätskefas istället för i gasfasen.
- Detta gör det möjligt att producera CNTs med hög renhet och goda elektriska egenskaper.
- CCVD kan vara en mer kostnadseffektiv metod för tillverkning av CNTs i stor skala jämfört med traditionell CVD.
- Genom att använda dessa metoder eller kombinationer av dem kan forskare och tillverkare producera CNTs i stor skala för en mängd olika tillämpningar inom elektronik, materialvetenskap och andra områden.
Grafen
- Att tillverka grafen i stor skala är en utmaning på grund av dess atomära struktur och kraven på renhet och kvalitet. Här är några av de bästa metoderna som används för att producera grafen i stor skala:
Kemisk exfoliering av grafenoxid:
- Denna metod innebär att grafenoxid, som är en kemiskt modifierad form av grafen, exfolieras i en lösning för att producera enskiktad grafen.
- Grafenoxidet kan sedan reduceras till grafen genom en reduktionsprocess.
- Denna metod är relativt enkel och kan producera grafen i stor skala, men den resulterande grafen har vanligtvis lägre kvalitet jämfört med andra metoder.
Kemisk gasfasdeponering (CVD):
- CVD är en av de mest lovande metoderna för att producera grafen i stor skala.
- Det innebär att en kolhaltig gas, vanligtvis metan eller etan, utsätts för en katalytisk yta, vanligtvis koppar eller nickel, vid höga temperaturer.
- Kolatomer från gasen adsorberas och arrangeras på ytan av substratet för att bilda grafen.
- CVD-metoden kan producera grafen av hög kvalitet med stor homogenitet och är skalerbar för industriell produktion.
Mekanisk exfoliering (skrapning):
- Denna metod innebär att grafit exfolieras genom att skrapa med en spetsig spets, vanligtvis Scotch-tejp.
- Exfolieringsprocessen separerar grafenlagren från varandra för att producera tunna grafenark.
- Mekanisk exfoliering kan producera högkvalitativt grafen i små mängder men är inte lämplig för stor skala produktion.
Epitaxial tillväxt på kiselkarbidsubstrat:
- Epitaxial tillväxt är en metod där grafen växer på ett kristallint substrat med samma kristallstruktur.
- Tillväxten sker genom att utsätta kiselkarbidsubstrat för högtemperaturprocesser i en kontrollerad atmosfär.
- Denna metod kan producera grafen av hög kvalitet men är mer begränsad när det gäller skalbarhet jämfört med CVD.
- Genom att använda dessa metoder eller kombinationer av dem kan forskare och tillverkare producera grafen i stor skala för olika tillämpningar inom elektronik, materialvetenskap och andra områden.