Der Katalysator für das CNT-Wachstum ist ein Metall, in der Regel ein Übergangsmetall wie Nickel.
Dieser Metallkatalysator wird auf ein Substrat aufgebracht.
In der zitierten Studie von Hofmann et al. (2003) handelte es sich um eine 6 nm dicke Nickelschicht auf Silizium.
Der Katalysator spielt eine entscheidende Rolle bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD).
Insbesondere bei der plasmaunterstützten CVD (PECVD) erleichtert er die Zersetzung des Kohlenwasserstoffgases (z. B. Acetylen) und das anschließende Wachstum der Kohlenstoff-Nanoröhren.
Der Metallkatalysator initiiert das Wachstum der CNTs, indem er das Kohlenwasserstoffgas in Kohlenstoffatome zerlegt, die dann die Nanoröhren bilden können.
Die Katalysatorteilchen (Aggregation, Entmischung oder Migration) werden durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter die Plasmachemie, die Auswirkungen elektrischer Felder und die Oberflächenchemie.
Die Größe und Dichte der Katalysatorteilchen kann sich erheblich auf den Durchmesser und die Dichte der CNTs auswirken.
Beim PECVD-Verfahren fördert der Katalysator nicht nur die Zersetzung des Kohlenwasserstoffgases, sondern steuert auch die Keimbildung und das Wachstum der CNTs.
Die Wirksamkeit des Katalysators kann durch seine Vorbehandlung, die Beschaffenheit des Substrats und das Vorhandensein einer Metallunterschicht oder Diffusionsbarriere beeinflusst werden.
In der Studie von Hofmann et al. beispielsweise ermöglichte die Verwendung eines Nickelkatalysators das Wachstum von vertikal ausgerichteten Nanofasern bei relativ niedrigen Temperaturen (120 °C).
Dies ist deutlich niedriger als die Temperaturen, die normalerweise für das CNT-Wachstum erforderlich sind.
Die Rolle des Katalysators erstreckt sich auch auf die Optimierung des Wachstumsprozesses.
Parameter wie die Art des Ausgangsmaterials, die Durchflussrate, der Druck und die Temperatur des Substrats sind entscheidend.
Diese Parameter können angepasst werden, um die Verweilzeit zu steuern, die wiederum die Akkumulation der Kohlenstoffquelle und die Wachstumsrate der CNTs beeinflusst.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Katalysator für das CNT-Wachstum im Zusammenhang mit CVD und PECVD ein Metall ist, in der Regel ein Übergangsmetall wie Nickel, das auf einem Substrat abgeschieden wird.
Dieser Katalysator ist für die Zersetzung des Kohlenwasserstoffgases und das anschließende Wachstum der Kohlenstoff-Nanoröhren unerlässlich.
Seine Wirksamkeit wird durch verschiedene Prozessparameter und seine Wechselwirkung mit der Plasmaumgebung beeinflusst.
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