史上最長的碳納米管森林有多長？

2020-11-06 科技工作者


日本科學家培育出的碳納米管森林創造了新的「長度」紀錄，其長度是現有碳納米管森林的7倍左右。

碳納米管（CNTs）具有質量輕、導熱性強等眾多優點，引領了光學、電子、水淨化和藥物輸送等不同領域的技術創新。然而，為了滿足不斷增長的工業需求，碳納米管產量還需不斷升級，這也是碳納米管應用面臨的主要挑戰之一。

雖然科學家們已經能夠培育出長度約50釐米的單根碳納米管，但他們在嘗試「種植」碳納米管陣列（碳納米管森林，後文簡稱碳管森林）時，碳管長度最多只能達到兩釐米左右。其原因在於對碳納米管生長起到關鍵作用的催化劑很容易失活或耗盡。這不僅推高了碳納米管的生產成本，還限制了其工業應用。

phys.org網站當地時間11月4日報導，日本科學家在《碳》雜誌中發表論文，提出了一種製造碳納米管的新策略。利用這一革新方法，研究人員培養出了長度創紀錄的碳管森林——約14釐米，約為此前最高值的7倍。

日本早稻田大學助理教授、團隊負責人Hisashi Sugime解釋說：「在傳統製造工藝中，碳納米管由於催化劑的結構變化逐漸停止增長。我們聚焦於這一問題，開發了一種能夠抑制結構性變化的新技術，進而延長了碳管森林的生長時間。」

首先，研究人員在矽基襯底上的鐵鋁氧化物催化劑中添加了釓層。釓層在一定程度上抑制了催化劑的「惡化」，使碳納米管森林能夠拔高到5釐米左右。

接著，為了進一步強化催化劑，研究人員將其放入冷氣化學氣相沉積（CVD）反應室中，升溫至750攝氏度，並供以低濃度（ppm級）的鐵、鋁蒸汽。處理後的催化劑能夠在26小時內保持高度活性，在這段時間內，密集的碳管森林足以達到14釐米長。

研究人員表示，新技術培育的碳管森林不僅純度高，性能也極具競爭力。

Sugime評價道：「以ppm級的蒸汽源強化催化劑極大程度上延長了催化劑的使用壽命。這對石油化工、納米材料等其他領域的催化劑工程也具有深刻的啟發意義。」

編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《碳》

期刊編號：0008-6223

原文連結：https://phys.org/news/2020-11-scientists-carbon-nanotube-forest-longer.html

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