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单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的不同之处

来源:广州宏武材料科技有限公司     发布时间:2017-11-02浏览量:

关于单壁和多壁纳米碳管的区别,宏武纳米小编特此总结了二者的六大不同之处来供用户参考。

碳纳米管按照石墨烯片的层数简单分类为:单壁纳米碳管和多壁纳米碳管,二者不同主要体现在:
 
1.发现时间不同
1991年, 日本NEC公司基础研究实验室电子显微镜专家Li Ji-ma在高分辨率透射电子显微镜下观察C60结构时, 偶然发现了直径4一30nm,长达μm量级、管壁呈石墨结构的多层碳分子, 这就是今天被广泛关注的碳纳米管。然而, Li Ji-ma当时所发现的并不是单壁碳纳米管, 其最小层数为2, 称为双壁碳纳米管。1993年NEC和IBM的研究小组同时成功地合成单层的碳纳米管(SWCNTs)。如图1
 
2.结构不同
多层碳纳米管是由多个碳原子六方点阵的同轴圆柱面套构而成的空心小管, 而单壁碳纳米管仅由一个碳圆柱面构成。这种管状结构的管壁由类似于石墨片的六边形网格所组成, 六边形网格的交点即为碳原子所在, 每个碳原子与周围的个碳原子相邻。同时, 管的两端〔端帽〕由五边形的碳环组成的多边形结构封闭。
 
3.制备方法不同
单壁纳米碳管具有巨大的潜在应用前景,而且关于单壁纳米碳管的研究取得了较大进展,但是目前还不能实现单壁纳米碳管的大规模生产以及可控生长。宏武纳米正在向规模化技术上迈进。随着基础研究和应用研究的不断深入和拓展,对单壁纳米碳管的需求会越来越大,也会对结构提出越来越高的要求,如何实现单壁纳米碳管的规模化生产,如何控制单壁纳米碳管的直径、长度以及螺旋度等已经成为宏武纳米技术研发部门研究的重点.目前制备单壁纳米碳管的方法主要有电弧放电法、化学气相沉积方法(CVD) 以及激光蒸发法等。
多壁碳纳米管的主要合成方法是化学气相沉积法。基本原理是含有碳源的气体(C6H6,C2H2,C2H4)流经催化剂表面时分解,生成碳纳米管。
 
4.纯化不同
单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的性质不同,所以其纯化方法也有所不同,而且由于不同的制备方法和试验条件引入的杂质不同,所以纯化方法还因具体的制备方法而异。大体可分为物理方法和化学方法。目前比较可行的物理方法是过滤法。化学纯化法主要包括气相氧化法,液相氧化法等。

单壁纳米碳管的提纯
纳米碳管一般通过电弧放电法、激光蒸发法、催化热解法制备,而所制得的产品含有无定形碳和催化剂等杂质,需要提纯,而纯化的方法一般有物理法和化学法。对于用不同的制备方法,提纯方法也有所不同,如由电弧放电法制备的单壁纳米碳管原始样品的纯度大约为50%,其中包含的杂质主要有:无定形炭、金属催化剂和石墨颗粒。针对所含杂质,有以下提纯方法:
(1)将单壁纳米碳管样品在酒精中浸泡24 h以去除样品中的有机物杂质;
(2)将浸泡后的单壁纳米碳管样品用3MHNO3溶液回流沸腾30h,旨在将附着在单壁纳米碳管上的碳颗粒及无定形炭剥离和氧化,同时去除样品中的金属催化剂颗粒;
(3)将样品在30%的H202:中沸腾15 min进一步氧化样品中残余的碳质杂质;(4)将样品置于pH值为10~11的NaOH溶液中超声振荡2 h,利用氢氧根离子与碳质碎片的结合使在上述(2)和(3)两步处理中产生并附着在碳管束表面的碳质碎片剥离下来,从而获得表面清洁的单壁纳米碳管样品;(5)将样品在Ar气氛保护下于900℃热处理1h。以上每一步骤完成后都用去离子水冲洗样品至中性并过滤。

以上纯化方法.可有效去除单壁纳米碳管原始样品中的无定形炭及金属催化剂颗粒,纯化后样品纯度可超过95%,收率约为35% ,且工艺过程简单、耗时较少。
 
5.参数不同
纳米单壁碳管,外径2纳米,长管5-20UM,短管1-2UM. 纯度91,95%。
纳米双壁碳管,外径2纳米,长管5-20UM,短管1-2UM. 纯度91,95%。
纳米多壁碳管,外径10-30纳米,30-60纳米,60-100纳米,长管5-15UM,短管1-2UM. 纯度99%。
 
6.应用不同
目前SWCNT单壁纳米碳管在场效应晶体管、单分子器件,以及各种化学、物理、生物传感器上都有潜在的应用价值,并且已经取得了很多成果。

MWCNT多壁纳米碳管主要应用于催化剂载体、纳米电子元件、场效应发射材料、聚合物增强剂等方面,目前宏武纳米可以量产.


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