탄소 나노튜브(CNT)는 아크 방전법을 사용하여 합성할 수 있습니다. 이 방법에는 탄소가 기화되었다가 다시 응축되어 나노튜브를 형성하는 고온 공정이 포함됩니다.
탄소 나노튜브 합성을 위한 아크 방전 방법의 4가지 주요 단계
1. 설정 및 조건
아크 방전 설정은 일반적으로 헬륨이나 아르곤과 같은 불활성 가스로 채워진 챔버에 두 개의 흑연 전극을 서로 마주보게 배치하는 방식으로 구성됩니다.
챔버는 반응 환경의 순도를 보장하기 위해 저압으로 배기됩니다.
직류(DC) 전원 공급장치는 전극 사이에 아크를 생성하는 데 사용됩니다.
음극은 일반적으로 고순도 흑연 막대이며, 양극은 철, 니켈 또는 코발트와 같은 촉매 금속이 포함된 특수 제조된 막대로서 CNT의 성장을 촉진합니다.
2. 아크 형성 및 기화
아크에 부딪히면 양극 끝에서 4000K 이상의 온도가 발생합니다.
이 극한의 열은 양극에서 탄소를 기화시켜 탄소 원자와 이온으로 이루어진 플라즈마를 생성합니다.
양극에 촉매 금속이 존재하면 기화된 탄소에서 CNT의 성장을 촉진하는 데 도움이 됩니다.
3. CNT의 응축 및 성장
탄소 플라즈마가 냉각되면 CNT를 포함한 다양한 탄소 형태로 응축됩니다.
촉매 입자는 CNT의 구조와 정렬을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.
CNT는 이러한 촉매 입자에서 아크의 축을 따라 정렬하면서 성장합니다.
성장은 온도, 압력 및 촉매의 존재에 의해 영향을 받습니다.
4. 수집 및 특성화
공정 후 챔버를 냉각하고 챔버 벽과 음극 침전물에서 CNT를 수집합니다.
그런 다음 주사 전자 현미경(SEM), 투과 전자 현미경(TEM) 및 라만 분광법과 같은 다양한 기술을 사용하여 합성된 CNT의 구조, 순도 및 품질을 결정하기 위해 특성화합니다.
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