第3章　碳納米管的制備方法與純化技術

侯鵬翔

中國科學院金屬研究所

碳納米管的合成方法主要有電弧放電法[1~6]、激光蒸發法[7~11]和化學氣相沉積法[12~14]。其中，電弧放電法的反應溫度高，碳納米管的生長速率快、制備參數不易調控，所以通常難以實現對其精細結構的控制。激光蒸發法因為設備昂貴、復雜等原因，現已較少使用。化學氣相沉積法是將含碳的化合物分解提供碳源，然后在催化劑的作用下實現碳納米管的生長。由于化學氣相沉積法的生長溫度較低、參數易于調控，在碳納米管可控制備方面已顯示出優越性[15~17]。目前，采用化學氣相沉積法已實現碳納米管的批量制備，我國在這方面處于國際先進行列。例如，清華大學富士康納米科技中心與富士康公司合作，于2012年實現了全球首個碳納米管觸摸屏的產業化，月產150萬片；北京天奈公司于2009年建成全球最大的碳納米管生產線，年產能逾500t；深圳納米港有限公司已實現碳納米管粉體年產能200t，漿料1000t規模；深圳三順中科新材料有限公司已建成100t/a碳納米管復合導電劑生產線。

碳納米管的生長過程比較復雜，由于使用催化劑以及反應過程遠離平衡態等原因，碳納米管粗產物中常包含有無定形碳、納米碳顆粒及催化劑粒子等雜質。它們的存在不利于對碳納米管本征物理、化學性質的系統研究和相關應用，因此碳納米管的提純十分重要。本章將分別介紹制備碳納米管的三種主要方法，進而闡述化學氣相沉積法控制制備碳納米管的研究進展，然后簡略討論碳納米管的生長機理，最后概述碳納米管的提純方法。