Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) werden mit verschiedenen Techniken synthetisiert, wobei jede Technik ihre eigenen Parameter und Bedingungen hat, die die Qualität und die Eigenschaften der hergestellten CNT beeinflussen.
Was sind die Techniken zur Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhren? Die 4 wichtigsten Methoden werden erklärt
1. Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
CVD ist das wichtigste kommerzielle Verfahren zur Herstellung von CNTs.
Es umfasst die Zersetzung von Kohlenwasserstoffgasen an einem Katalysator bei hohen Temperaturen.
Das Verfahren kann so modifiziert werden, dass verschiedene Ausgangsstoffe verwendet werden können, z. B. Kohlenmonoxid, grünes Gas oder Abfallstoffe wie Methan oder Kohlendioxid, das durch Elektrolyse in geschmolzenen Salzen abgeschieden wird.
Das CVD-Verfahren ermöglicht die Steuerung des Durchmessers und der Ausrichtung der CNTs durch die Einstellung von Parametern wie Verweilzeit, Durchflussrate und Wachstumsdruck.
2. Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD)
PECVD ist eine komplexere Variante der CVD, bei der Plasma zur Verstärkung der chemischen Reaktionen eingesetzt wird.
Diese Methode ermöglicht das Wachstum von CNTs bei niedrigeren Temperaturen.
Hofmann et al. von der University of Cambridge wuchsen erfolgreich vertikal ausgerichtete Nanofasern bei 120 °C unter Verwendung von Acetylen als Kohlenwasserstoffgas.
Der PECVD-Prozess wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst, darunter die Plasmachemie, die Auswirkungen elektrischer Felder und die Oberflächenchemie, die die Wachstumseigenschaften der CNTs bestimmen.
3. Laserablation und Lichtbogenentladung
Hierbei handelt es sich um traditionelle Verfahren zur CNT-Synthese.
Bei der Laserablation wird Kohlenstoff mit einem Laserstrahl verdampft.
Bei der Lichtbogenentladung wird ein elektrischer Lichtbogen zwischen zwei Graphitelektroden erzeugt, um Kohlenstoffdampf zu erzeugen.
Beide Methoden können hochwertige CNTs erzeugen, sind aber im Vergleich zu CVD-Methoden weniger kontrollierbar und skalierbar.
4. Neue Techniken und Ausgangsstoffe
Derzeit wird an der Verwendung von umweltfreundlichen Rohstoffen oder Abfallstoffen für die CNT-Produktion geforscht.
Bei der Methanpyrolyse zum Beispiel wird Methan in Wasserstoff und festen Kohlenstoff, einschließlich CNT, zerlegt.
Dieser Ansatz dient nicht nur der Herstellung von CNT, sondern auch der Kohlenstoffbindung und damit der Verringerung der Treibhausgasemissionen.
Jede dieser Techniken hat ihre Vorteile und Herausforderungen, wobei CVD und PECVD aufgrund ihrer Skalierbarkeit und der Kontrolle über die CNT-Eigenschaften am häufigsten eingesetzt werden.
Die Wahl der Technik hängt jedoch von den spezifischen Anwendungsanforderungen und den gewünschten Eigenschaften der CNT ab.
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