روش‌های تولید نانولوله‌های کربنی:قسمت ۳

1. رسوب شیمیایی فاز بخار  (CVD)

روش رسوب‌ شیمیایی فاز بخار مستلزم رسوب‌گذاری ماده‌ی شامل نانوذرات از فاز گازی است. ماده آنقدر گرم می‌شود تا به صورت گاز درآید و سپس به صورت یک ماده جامد بر روی سطح، معمولاً تحت خلأ رسوب‌گذاری می‌گردد. ممکن است رسوب‌گذاری مستقیم یا رسوب‌گذاری از طریق واکنش شیمیایی، محصول تازه‌ای را به وجود آورد که با ماده‌ی تبخیر شده تفاوت زیادی داشته باشد. این فرآیند به آسانی نانوپودرهایی از اکسیدها و کاربیدهای فلزات را پدید می‌آورد، مشروط بر اینکه بخارات کربن یا اکسیژن همراه با فلز در محیط وجود داشته باشد.

رسوب‌گذاری شیمیایی فاز بخار را، همچنین می‌توان برای رشد سطوح مورد استفاده قرار داد. جسمی که قرار است پوشش داده شود در مجاورت با بخار شیمیایی قرار داده می‌شود. نخستین لایه از مولکول‌ها یا اتم‌ها ممکن است با سطح واکنش دهد یا واکنش ندهد. در هر صورت، این گونه‌های در حال رسوب‌گذاری که برای اولین بار تشکیل شده‌اند، به عنوان بستری که ماده بر روی آن می‌تواند رشد کند، عمل می‌کنند. ساختارهای پدید آمده از این مواد، اغلب در یک ردیف در کنار هم به خط می‌شوند، زیرا مسیری که اتم‌ها و مولکول‌ها در طی آن رسوب‌گذاری گردیده‌اند، تحت تأثیر مولکول‌ها یا اتم‌های همسایه‌ی آن‌ها قرار می‌گیرد. اگر بستر یا سطح پایه‌ی میزبان که رسوب‌گذاری بر روی آن انجام شده است، فوق‌العاده مسطح باشد، رشد سطحی به بهترین وجه انجام می‌شود. در حین رسوب‌گذاری، مکانی برای بلوری شدن در امتداد محور رسوب‌گذاری ممکن است تشکیل شود، به طوری که ساختار منظم شده و به خط شده به شکل عمودی رشد می‌کند. این موضوع به صورت طرحی در شکل (1- الف) نشان داده شده است و با یک ساختار واقعی تشکیل شده از نانولوله‌های کربنی در شکل (1- ب) مقایسه شده است. از شکل های (1- الف و ب) می‌توان دید که خواص سطح در طول محور Z نسبت به صفحه X و Y بسیار متفاوت خواهد بود. این باعث می‌شود که ویژگی‌های سطح، منحصر به فرد و بی نظیر باشد.

2. تولید نانولوله‌های کربنی به روش CVD

روش CVD از دیگر روش‌های تولید نانولوله‌های کربنی است که برای تولید انبوه (در حد چند کیلوگرم) به کار می‌رود. این روش شامل رشد کاتالیزوری عنصر کربن در دمای بالاست. در این فرآیند از نانوذرات فلزی که به عنوان کاتالیست عمل می‌کنند، استفاده می‌شود.

منبع تأمین کربن ترکیباتی مانند مونوکسید کربن، هیدروکربن‌های آروماتیک مانند بنزن، تولوئن، زایلن، نفتالن، یا مخلوطی از آن‌ها و نیز هیدروکربن‌های غیرآروماتیک مانند متان، اتان، پروپان، اتیلن، پروپیلن، استیلن یا مخلوطی از آن‌ها و همچنین هیدروکربن‌های اکسیژن‌دار از قبیل فرمالدئید، استالدئید، متانول، اتانول یا مخلوطی از آن‌هاست. کاتالیزورهای مورد استفاده متفاوت بوده اما حداقل حاوی یک فلز از گروه VIII جدول تناوبی عناصر نظیر پالادیم، رودیم، روتنیم، نیکل، کبالت، پلاتین و حداقل حاوی یک فلز از گروه VIb جدول تناوبی نظیر مولیبدن، تنگستن و کروم هستند.

دستگاه تولید نانولوله‌های کربنی به روش رسوب شیمیایی بخار در شکل 2 نشان داده شده است. مطابق شکل، مخلوطی از گازهای هیدروکربنی و گاز آرگون (برای محافظت از آلودگی) وارد کوره‌ای شده و در آنجا پس از انجام واکنش‌های شیمیایی، نانولوله‌های کربنی روی ماده‌ی زیرلایه رسوب می‌کنند. مواد فلزی کاتالیزوری روی ماده‌ی زیرلایه قرار دارند.

3. مراحل تولید

تولید نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره به روش رسوب‌دهی شیمیایی فاز بخار شامل دو مرحله‌ی اساسی:

1)تولید کاتالیست و 2)انجام فرایند تولید است. در ابتدا فلز کاتالیست را درون یک ماده‌ی زمینه توزیع می‌کنند. پس از تولید کاتالیست در مرحله دوم از روش رسوب‌دهی شیمیایی بخار استفاده می‌شود. معمولاً کاتالیزور تهیه شده و مجموعه در داخل یک کوره‌ی استوانه ای مطابق شکل 2 قرار داده می‌شود. سپس همراه با عبور گاز بی‌اثر، دمای کوره تا حد موردنظر افزایش داده می‌شود. در ادامه، با قطع جریان گاز بی‌اثر، گاز هیدروژن با جریان مشخص و برای مدت زمان دلخواه در راکتور جریان یافته و سنتز نانولوله‌های کربنی بر روی کاتالیست صورت می‌گیرد. پس از گذشت زمان مورد نیاز، جریان گاز هیدروکربن قطع و جریان گاز بی‌اثر مجدداً برقرار می‌گردد و کوره تا دمای اتاق سرد می‌شود.

انجام این فرآیند معمولاً به تولید همزمان نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره و چنددیواره منتهی می‌گردد. در سال‌های اخیر، با اصلاح شرایط فرآیند، تولید نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره حتی با خلوص بالاتر از 90% امکان‌پذیر شده است.

CVD:Chemical Vapor Deposition

گردآوری: مریم ملک‌دار

http://www.tebyan.net/Science_Technology/Nanotechnology/2008/11/24/79350.html