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关键参数对电弧放电合成碳纳米管的影响

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:碳在阴极沉积这一现象引起了研究人员的注意,CNT形成机理的研究旨在解答有关该现象的关键性问题。电弧放电方法中,影响CNT生产效率的物理条件包括电极之间的电压降、电弧的电流密度、电极间距、等离子体温度和电弧放电腔中氦气的压力等参数。电极间有中性氦原子与中性和电离态碳构成的气态混合物,这些气态混合物对于决定电弧的电离电位非常重要。图15.1 用于生产CNT的电弧放电装置示意图[9]

关键参数对电弧放电合成碳纳米管的影响

根据双峰碳速度分布的相互作用,Gamaly和Ebbesen[10,11]提出了CNT的形成模型,并很好地解释了在阴极表面附近生成CNT的过程。根据Gamaly和Ebbesen所述,在阴极的棒状富碳积炭上,碳颗粒的分布呈双峰状。一峰包括各种形状的小尺寸碳纳米颗粒;另一峰代表CNT,其外径为2~20nm,内径为1~3nm,典型长度微米级。碳在阴极沉积这一现象引起了研究人员的注意,CNT形成机理的研究旨在解答有关该现象的关键性问题。

电弧放电方法中,影响CNT生产效率物理条件包括电极之间的电压降、电弧的电流密度、电极间距、等离子体温度和电弧放电腔中氦气的压力等参数。

电参数包括阴极区域附近的空间电荷区。且因为阴极周围存在正空间电荷,所以阴极区域的电压降是最大的。电极间有中性氦原子与中性和电离态碳构成的气态混合物,这些气态混合物对于决定电弧的电离电位非常重要。电极之间的电压降应该稍小于这些气态混合物的最小电离电位,这对于保证电弧的稳定性很重要。缓冲气体引入的离子也许会引起离子电流不稳定,从而导致电弧不稳定。

研究证实,阴极表面附近的蒸气层最适合碳簇形成的反应。系统的冷却效果也会影响所生成的CNT的质量和生长结构。(www.xing528.com)

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图15.1 用于生产CNT的电弧放电装置示意图[9]

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