ВУЗ:
Составители:
Из вышеперечисленного следует, что в качестве источника углерода для процессов синтеза УНМ могут использоваться
практически любые углеродсодержащие газы. Однако при создании технологии промышленного синтеза УНМ
целесообразно выбирать наиболее доступные и дешёвые газы, к тому же обеспечивающие высокую производительность,
например, метан или пропан-бутановые смеси.
Пиролиз углеводородов
.
По способу организации процессы пиролиза можно разделить на две группы: с катализатором
на носителе и с летучим катализатором. В первом случае активный компонент катализатора вводят в реакционную зону на
подложке или носителе в твёрдом виде, во втором – в виде паров или растворов, распылённых в тонкие капли. В качестве паров
используют карбонилы, фталоцианины, металлоцены и другие соединения металлов, в качестве растворов, например, –
карбонилы металлов в толуоле. «Растворный» вариант реализуют в инжекторных реакторах.
Одним из достоинств процессов с катализатором на носителе является значительно большее количество УНТ и УНВ,
получаемых на единицу массы катализатора. Величина удельного выхода при синтезе ОНТ обычно меньше, чем при получении
МУНТ. Ещё одним параметром, определяющим эффективность процессов с катализатором на носителе, является удельная
производительность по катализатору, т.е. количество УНТ или УНВ, получаемых на единицу массы катализатора в единицу
времени.
Используют разнообразные способы активирования процесса: термический (внешний нагрев реактора, горячая нить,
частичное сжигание углеводорода), плазменный (различные виды разрядов), лазерный (селективное возбуждение
колебательных мод), с помощью электрического потенциала на подложке, комбинированный (горячая нить и разряд,
селективное возбуждение и разряд).
Пиролитические способы допускают матричный синтез путём, например, выращивания УНТ и УНВ на катализаторе,
введённом в нанопоры мембран. Только каталитическим пиролизом, используя возможности процесса химического
осаждения из газовой фазы, можно получать структурированные осадки УНТ и УНВ на подложках с катализатором,
нанесённые в виде упорядоченных островков, полос и любых фигур, т.е. изготавливать элементы приборов.
Подавляющая часть научной и патентной литературы по синтезу углеродных УНТ и УНВ посвящена периодическим
процессам. Их реализуют, как правило, в трубчатых реакторах, типовая схема которого представлена на рис. 9.
Рис. 9. Схема горизонтального периодического реактора для
пиролиза углеродсодержащих газов:
1
– кварцевая труба;
2
– изоляция; печь с резистивным обогревом;
3
– слой катализатора;
4
– лодочка;
5
– термопара
Нагретую до температуры пиролиза (550 … 1000°С) реакционную зону продувают инертным газом (Ar, He), затем
подают углеродсодержащий газ. Движущийся вдоль катализатора газ диффундирует сквозь его слой и сорбируется на
поверхности активных центров (металл), где протекает ряд последовательных химических реакций, конечными продуктами
которых являются углерод и водород.
Продуктами данного процесса, который классифицируется как газофазное химическое осаждение (ГФХО) или CDV-
процесс, являются УНМ: ОУНТ, МУНТ и УНВ.
Свойства пиролитических УНМ отличаются от свойств наноструктур, полученных дуговым и абляционным способом.
Как правило, они содержат большее количество дефектов, имеют широкий диапазон рассеяния диаметральных размеров и
длины, большие межслоевые расстояния.
Поэтому, несмотря на кажущуюся простоту организации пиролизных способов синтеза, они требуют тщательного
подхода к выбору используемых параметров, изучению и оптимизации кинетических характеристик процесса. В этом случае
удаётся получить УНМ с очень высокими качественными показателями, в том числе и ОУНТ.
По мнению учёных, основными параметрами, влияющими на структуру, морфологию и свойства пиролитических УНМ
являются:
− состав газовой смеси;
− природа каталитических систем;
− температура и давление;
− продолжительность процесса;
− условия осуществления фазовых превращений, определяемых конструкцией реактора.
При создании условий для получения УНМ в промышленных масштабах следует принять во внимание, что связь
производительности и качества получаемого материала в зависимости от вида газового сырья проявляется кинетикой
процесса. Немаловажным является также доступность сырья и безопасность производства.
Для прикладных нужд важно добиться минимального присутствия в продукте аморфного углерода, с этой целью
применяют разбавление углеводорода водородом.
Важнейшим компонентом пиролитического способа синтеза УНМ является природа каталитической системы. При этом
следует учитывать не только состав, но и способ его приготовления и нанесения на подложку.
Углеродсодержащий газ Газ на утилизацию
2
3
4
1
5
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- …
- следующая ›
- последняя »
