清华大学《Nano Res》:自制装置中碳热冲击一秒内制备碳纳米管

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成果简介
碳纳米管(CNTs)以其独特的结构和性能在许多领域有着广阔的应用前景。然而,CNTs的制备通常涉及繁琐的设备和耗时的过程。本文,清华大学张莹莹课题组在《Nano Res》期刊发表名为“Carbothermal shock enabled facile and fast growth of carbonnanotubes in a second”的论文,研究提出一个非常简单的装置,根据碳热冲击(CTS)快速升温的原理,实现了碳纳米管在碳化蚕丝布(CSF)上的快速生长,生长过程在1秒内完成。
其中CSF作为衬底,首先在CSF上滴加含有过渡金属盐的乙醇溶液;然后,立即被放入一个充满氩气的家用塑料储物盒中,施加脉冲电压(40 V,50 ms),CSF会因焦耳热效应瞬时升到高温(~1700 K);此时,CSF纤维上会形成大小均一且分布均匀的催化剂颗粒,同时,挥发的乙醇溶剂恰好可以作为碳源用于碳纳米管的生长,从而实现了在CSF纤维上高密度、放射状排列的碳纳米管的快速生长。所得到的多级碳材料具有与蜘蛛听毛相似的绒毛结构,可以用作高灵敏气流传感器或高效率过滤材料。这种技术所需装置简单、过程耗时短、生长速度快,为碳纳米管的制备提供了一种简单高效的方法,也对其他纳米材料的生长有一定的参考价值。
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图文导读
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图1、 在碳化丝织物上生长碳纳米管的碳热冲击过程
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图2、 通过 CTS 工艺合成的 CSF@CNT 的表征。
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图3 、CTS工艺中CNT生长机理示意图
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图4、 CTS 工艺机理和使用其他基材和其他催化剂生长 CNT 的实验分析
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图5 、CSF@CNTs在气流传感器和空气过滤器中的应用。
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小结
综上所述,本文还制造了一个高灵敏度的气流传感器和一个高效的空气过滤器,以展示独特的蓬松CSF@CNT纺织品的潜在应用。这种技术所需装置简单、过程耗时短、生长速度快,为碳纳米管的制备提供了一种简单高效的方法,也对其他纳米材料的生长有一定的参考价值。
文献:
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