Der Wachstumsmechanismus von Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) beruht hauptsächlich auf der katalytischen chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Bei diesem Verfahren wird ein Metallkatalysator verwendet, um die Reaktion eines Vorläufergases auf dem Substrat zu erleichtern, wodurch das Wachstum von CNT bei niedrigeren Temperaturen als sonst möglich ermöglicht wird. Zu den Schlüsselelementen dieses Mechanismus gehören die Auswahl des Katalysators, die Wahl des Vorläufergases und die Kontrolle der Prozessparameter wie Temperatur und Druck.
Auswahl des Katalysators:
Der Katalysator spielt eine entscheidende Rolle bei der Keimbildung und dem Wachstum der CNT. Zu den häufig verwendeten Katalysatoren gehören Metalle wie Eisen, Kobalt und Nickel, die in der Lage sind, kohlenstoffhaltige Gase zu dissoziieren und den Kohlenstoffatomen eine Oberfläche zu bieten, an der sie sich anlagern und zu Nanoröhren wachsen können. Die Wahl des Katalysators beeinflusst den Durchmesser, die Chiralität und die Qualität der CNTs.Vorläufergas:
Das Vorläufergas, in der Regel ein Kohlenwasserstoff wie Methan, Ethylen oder Acetylen, liefert die Kohlenstoffquelle für das Wachstum der CNTs. Das Gas wird in die Reaktionskammer eingeleitet, wo es mit den Katalysatorpartikeln in Wechselwirkung tritt. Bei der Zersetzung des Vorläufergases an der Katalysatoroberfläche werden Kohlenstoffatome freigesetzt, die dann die CNT bilden.
Prozessparameter:
Die Steuerung der Prozessparameter ist für die erfolgreiche Synthese von CNTs von entscheidender Bedeutung. Die Temperatur ist ein kritischer Faktor, da sie die Aktivität des Katalysators und die Zersetzungsgeschwindigkeit des Vorläufergases beeinflusst. Druck und Gasdurchsatz spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Wachstumsrate und der Qualität der CNTs. Die optimalen Bedingungen variieren je nach verwendetem Katalysator und Vorläufergas.
Wachstumsrate und Qualität:
