第3章　碳纳米管的制备方法与纯化技术

侯鹏翔

中国科学院金属研究所

碳纳米管的合成方法主要有电弧放电法[1~6]、激光蒸发法[7~11]和化学气相沉积法[12~14]。其中，电弧放电法的反应温度高，碳纳米管的生长速率快、制备参数不易调控，所以通常难以实现对其精细结构的控制。激光蒸发法因为设备昂贵、复杂等原因，现已较少使用。化学气相沉积法是将含碳的化合物分解提供碳源，然后在催化剂的作用下实现碳纳米管的生长。由于化学气相沉积法的生长温度较低、参数易于调控，在碳纳米管可控制备方面已显示出优越性[15~17]。目前，采用化学气相沉积法已实现碳纳米管的批量制备，我国在这方面处于国际先进行列。例如，清华大学富士康纳米科技中心与富士康公司合作，于2012年实现了全球首个碳纳米管触摸屏的产业化，月产150万片；北京天奈公司于2009年建成全球最大的碳纳米管生产线，年产能逾500t；深圳纳米港有限公司已实现碳纳米管粉体年产能200t，浆料1000t规模；深圳三顺中科新材料有限公司已建成100t/a碳纳米管复合导电剂生产线。

碳纳米管的生长过程比较复杂，由于使用催化剂以及反应过程远离平衡态等原因，碳纳米管粗产物中常包含有无定形碳、纳米碳颗粒及催化剂粒子等杂质。它们的存在不利于对碳纳米管本征物理、化学性质的系统研究和相关应用，因此碳纳米管的提纯十分重要。本章将分别介绍制备碳纳米管的三种主要方法，进而阐述化学气相沉积法控制制备碳纳米管的研究进展，然后简略讨论碳纳米管的生长机理，最后概述碳纳米管的提纯方法。