日本信州大学工程系教授远藤守信研究室日前成功开发出了双层碳纳米管(DWCNT)的高效大量合成法,并把合成的DWCNT制成薄膜状进行了展示。远藤向《日经纳米技术》杂志透露说,“有望用作场致发光显示器(FED)的电子束发生源”。这次的研究成果已经刊登在2005年2月3日出版的英国《自然》科技杂志上。
远藤等人一直在使用1976年发表的催化化学气相沉积法(CCVD),进行多层碳纳米管(MWCNT)的合成与产业应用研究。此次通过对催化剂、气体成份和热处理条件等进行控制,成功地精制出了外侧与内侧纳米管直径为1.60nm/0.91nm和1.43nm/0.77nm等2种组合的纯DNCNT。CCVD所需的时间约为10分钟。
具体来说,按照如下步骤进行了实验。首先,以氧化铝(Al2O3)支撑材料、准备好承载为骨架材料准备钼的辅助催化剂,并以氧化镁(MgO)为支撑材料、准备好承载的催化剂。把甲烷(CH4)和氩气(Ar)的混合气体注入反应室以后,辅助催化剂就会利用CH4,生成优质的碳种,再由催化剂利用碳种,形成CNT。所合成的CNT约9成是DWCNT,剩余的则是单层CNT(SWCNT)。
然后,利用盐酸除去作为催化剂的铁。接着,在约500℃的温度下燃料并除去SWCNT。由此就能使DWCNT的纯度达到近100%。另外,在把得到的DWCNT制成薄膜状时,要先将粉末状DWCNT溶入精制水中,再用陶瓷过滤器进行过滤,把水清除掉。此次,制作并展示了直径约3cm、厚约0.2mm的DWCNT薄膜。DWCNT在薄膜内尽管是随机层叠的,但从对它的一部分进行观察得知, DWCNT是如图一样整齐排列着的。
至于为何要制成薄膜,据远藤表示:“主要是考虑到,制成薄膜比粉末更容易为大家所认识。不过,我认为从薄膜来说,可以用作FED等产品的电子源。”远藤起初就是从量产的角度开发CNT制备方法的,今后准备着手开发DWCNT的真正量产法。
来源:日经BP社


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