روش رسوب گذاری شیمیایی فاز بخار

مادامیکه روش دشارژ قوس الکتریکی تنها قادر به تولید مقادیر زیاد نانولوله­های ناخالص باشد، تلاش­های عمده به سمت روش­های تولیدی که مسیرهای قابل کنترل­تری برای ساخت نانولوله­ها عرضه می­کنند هدایت شده­اند. دسته­ای از روش­هایی که به نظر می­رسد بالاترین شانس را برای دستیابی به قابل کنترل­ترین فرآیند برای تولید نانولوله­ها با خواص از پیش تعریف شده ارائه می­کند روش رسوب گذاری شیمیایی فاز بخار است (CVD) [67]. تشکیل الیاف کربن ناشی از تجزیه کاتالیزوری گازهای کربن­دار روی سطح فلز از زمان­های دور شناخته شده­است [2و3و68]. با این وجود مدرکی که نشان دهد که این روش قادر به تولید نانولوله­های کربن باشد وجود نداشت تا زمانیکه یاکامن [69] موفق به این کار شد. امروزه، روش رسوب­گذاری شیمیایی کاتالیزوری فاز بخار (CCVD) به عنوان تنها روش مناسب اقتصادی برای تولید عمده CNT و ادغام CNT ها با ابزار مختلف شناخته می­شود [70] که به وسیله تولید عمده نانو لوله­های بسیار خالص کربن توسط NANOCYL نشان داده شد و توسط یکی از نویسندگان اثبات شده­است [71].

     در اصل، رسوب­گذاری فاز بخار تجزیه کاتالیزوری ماده اولیه هیدروکربن یا مونوکسید کربن با کمک کاتالیست­های فلزات واسطه است. به طور کلی، این آزمایش در یک کوره جریان در فشار اتمسفر انجام شده­است. از نظر عملکرد دو نوع کوره وجود دارد، یکی با پیکربندی عمودی و دومی با پیکربندی افقی (شکل 11). استفاده از کوره های افقی مرسوم­تر است. در اینجا کاتالیزور بر روی یک شناور سرامیکی یا کوارتز که در یک لوله کوارتز قرار داده شده است نهاده می­شود. مخلوط واکنش حاوی منبعی از هیدروکربن و گاز خنثی از بستر کاتالیست در دمای 500 تا 1100 درجه سانتیگراد عبور می­کند. سپس سیستم تا دمای اتاق سرد می­شود. کوره با پیکربندی عمودی معمولا برای تولید جرم پیوسته­ای از الیاف یا نانولوله­های کربنی به کار گرفته می­شود. کاتالیزور و منبع کربن در قسمت فوقانی کوره تزریق می­شود و رشته های حاصل در طول حرکت رشد می­کنند و در کف محفظه جمع می­شوند. ذرات کاتالیزوری بسیار ریز هم به طور مستقیم داخل رآکتور معرفی می­شوند یا با استفاده از پیش ماده­هایی مثل متالوسن­ها شکل می­گیرند. رآکتور با بستر سیال نوعی از کوره­های عمودی است. کاتالیزورهای پایه معمولا در مرکز کوره قرار می­گیرند و جریان رو به بالایی از گازهای کربن­دار مورد استفاده قرار می­گیرد. فرآیند مایع شدن، کاتالیزورهای پایه را نیز شامل می­شود تا نسبت به تکنیک شناوری عمودی مدت زمان بیشتری را در کوره باقی بمانند [68]. مکانیسم کلی رشد نانولوله­ها در روش CVD شامل تجزیه مولکول­های هیدروکربنی است که توسط فلز­های واسطه کاتالیز شده­اند، و باعث اشباع اتم­های کربن در نانوذره فلزی می­شوند. ته­نشینی کربن از ذرات فلزی منجر به تشکیل جامدات کربنی لوله­ای شکل در ساختار SP²  می­شود. ویژه­گی­های نانو لوله­های کربنی که به روشCVD تولید شده­اند به شرایط کاری مثل دما و فشار کاری، نوع، حجم و غلظت هیدروکربن، ماهیت، اندازه و پیش رفتار کاتالیزور فلزی، ماهیت کاتالیزور پایه و زمان واکنش بستگی دارد [8]. با تغییر ذرات فعال روی سطح کاتالیزور، می­توان قطر نانو­لوله را کنترل کرد. طول لوله­ها به زمان واکنش بستگی دارد. حتی لوله­هایی به طول 60 میلی متر می­توان تولید کرد [72]...