Bei der Synthese von Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ist die Wahl des Katalysatormetalls entscheidend.
Zwei Metalle, die üblicherweise für diesen Zweck verwendet werden, sind Kupfer (Cu) und Nickel (Ni).
Diese Metalle werden aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und Mechanismen ausgewählt, die das Wachstum von CNTs erleichtern.
Welche der folgenden Metalle werden als Katalysatoren für die Synthese von CNT verwendet? (2 Schlüsselmetalle werden erklärt)
1. Kupfer (Cu)
Kupfer wird aufgrund seiner geringen Löslichkeit von Kohlenstoff als Katalysator bei der CVD verwendet.
Diese Eigenschaft führt zu einem Oberflächenwachstumsmechanismus, bei dem sich Graphen oder CNT bei hohen Temperaturen direkt auf der Oberfläche des Kupfers bilden.
Die hohe Temperatur ist notwendig, um die Kohlenwasserstoffvorläufer zu zersetzen, die sich dann auf der Kupferoberfläche absetzen und die Nanoröhren bilden.
Dieser Mechanismus ist vorteilhaft, da er eine genaue Kontrolle über den Wachstumsort ermöglicht und zu qualitativ hochwertigem, einlagigem Graphen oder CNTs führen kann.
2. Nickel (Ni)
Nickel hingegen hat eine hohe Löslichkeit für Kohlenstoff.
Diese Eigenschaft führt zu einem anderen Wachstumsmechanismus, der als Oberflächensegregation/-ausfällung bekannt ist.
Bei diesem Prozess diffundieren die Kohlenstoffatome bei hohen Temperaturen in die Masse der Nickelfolie.
Während des Abkühlungsprozesses entmischt sich der Kohlenstoff und scheidet sich aus dem Nickel aus, wobei sich Graphenblätter oder CNTs auf der Oberfläche des Metalls bilden.
Dieser Mechanismus kann zur Bildung von Mehrschichtstrukturen führen und wird häufig verwendet, wenn dickere oder robustere Strukturen gewünscht sind.
Sowohl Kupfer als auch Nickel sind wirksame Katalysatoren für die CNT-Synthese, da sie die Zersetzung von Kohlenwasserstoff-Vorläufern und das anschließende Wachstum von Kohlenstoffstrukturen erleichtern.
Die Wahl zwischen diesen Metallen hängt oft von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, wie z. B. der gewünschten Dicke, Qualität und Gleichmäßigkeit der CNTs.
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