电弧放电法制备碳纳米管研究进展

碳纳米管作为一种一维纳米材料具有独一无二的力学、光学、电子、热稳定及化学稳定特性,主要被应用于锂离子电池电极材料、金属、树脂、塑料、橡胶的改性增强领域。但碳纳米管也存在缺点,尤其是其合成结构的不可控性,严重阻碍了它的进一步应用。因此,探索出制备高品质大规模碳纳米管的生产技术迫在眉睫。目前,碳纳米管常用的合成方法有化学气相沉积、电弧放电和激光烧蚀,相比于其他两种方法,电弧放电法更为经济、高效。采用电弧法合成的碳纳米管纯度高达90%,石墨化程度远胜化学气相沉积法。同时,单次电弧实验时间在1～30 min之间,电源输出功率在750～3 000 W之间,且单次碳纳米管产量高达15 g,复合石墨电极的转化率高于75%。根据引弧介质的不同,电弧法可分为真空电弧放电与溶液电弧放电。溶液中碳纳米管的产量很低,因此溶液电弧放电法未得到推广;目前真空介质的研究则非常成熟,真空电弧放电法具有合成设备简单、操作便捷、产物品质高等优势,但其生长机理存在较大争议。电弧法的影响参数主要包括电源类型、引弧气体类型与压力以及催化剂体系。其中,最为成熟的工艺是采用直流电源、氦气引弧、钇镍两相催化进行放电实验。本文归纳了电弧放电法制备碳纳米管的研究进展,分别介绍了电弧放电法生长碳纳米管的装置构造与反应机理、对电弧放电法产生影响的参数,分析了电弧放电法合成碳纳米管面临的难题以及可改善空间,以期为制备高品质、高石墨化程度、规模化的碳纳米管提供借鉴。