Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) werden mit verschiedenen Methoden synthetisiert, wobei die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) für die kommerzielle Produktion am weitesten verbreitet ist. Bei diesem Verfahren werden Kohlenwasserstoffgase an einem Metallkatalysator bei hohen Temperaturen, in der Regel über 800 °C, zersetzt, um Kohlenstoffnanoröhren zu bilden. Qualität und Ausbeute der CNT können durch verschiedene Parameter wie Temperatur, Druck, Gasdurchsatz und die Art des verwendeten Katalysators beeinflusst werden.
Chemische Gasphasenabscheidung (CVD):
Beim CVD-Verfahren wird ein Vorläufergas, häufig ein Kohlenwasserstoff wie Methan oder Ethylen, in einen Reaktor eingeleitet, der einen Metallkatalysator, z. B. Eisen, Kobalt oder Nickel, enthält. Das Gas wird auf eine hohe Temperatur erhitzt, wodurch es sich zersetzt und Kohlenstoff auf den Katalysatorpartikeln ablagert. Die Kohlenstoffatome ordnen sich dann in hexagonalen Strukturen an und bilden die zylindrische Form der Nanoröhren. Das Wachstum der CNTs lässt sich durch Anpassung der Prozessparameter steuern, zu denen die Wahl des Katalysators, die Temperatur und die Gaszusammensetzung gehören.Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD):
Eine alternative Methode, PECVD, nutzt Plasma zur Verbesserung des Abscheidungsprozesses, was niedrigere Temperaturen (unter 400 °C) und eine potenziell höhere Qualität der CNTs ermöglicht. Diese Methode eignet sich besonders für die Abscheidung von CNT auf Substraten, die hohen Temperaturen nicht standhalten, wie z. B. Glas oder bestimmte Polymere. Der Einsatz von Plasma erhöht die Reaktivität der Gase, was die Bildung von CNTs bei niedrigeren Temperaturen erleichtert.
Grüne Rohstoffe und Abfallstoffe:
Neuere Methoden konzentrieren sich auf die Verwendung von umweltfreundlichen Rohstoffen oder Abfallstoffen für die CNT-Synthese, um die Umweltbelastung zu verringern und Abfallstoffe zu verwerten. Durch Elektrolyse von Kohlendioxid in geschmolzenen Salzen können beispielsweise CNTs hergestellt werden, allerdings gibt es Bedenken hinsichtlich der Qualität des erzeugten Materials. Die Methanpyrolyse, bei der Methan thermisch zu Wasserstoff und festem Kohlenstoff zersetzt wird, ist eine weitere vielversprechende Methode, insbesondere bei der Verwendung von Abfall- oder Nebenproduktmethan.
Katalytische chemische Gasphasenabscheidung (CCVD):
