纳米碳纤维的制作方法多种多样,每种方法都有其独特的优势和适用范围。
1. 电弧放电法
原理:将两根石墨棒放在高温惰性气体环境中,利用电弧放电的方式生成石墨烯,再在石墨烯表面上生长碳纳米管或碳纳米纤维。
特点:该方法具有成本低、高产率等优点,是发现碳纳米管的方法,也是制备碳纳米纤维的主流方法之一。
2. 化学气相沉积法(CVD法)
原理:在高温下,通过化学反应使碳氢化合物裂解,并在催化剂(如纳米级超细镍粉)的作用下,在基体(如石墨片)上生长出纳米碳纤维。
特点:该方法可以制备出形态规则、纯度较高的螺旋状纳米碳纤维,且生长过程可以通过调整实验参数进行准确控制。
3. 静电纺丝法
原理:聚合物溶液在高压电场的作用下,被不断拖拽并喷射而出,形成纤维。在喷射过程中,溶剂蒸发(或熔体冷却)而固化,得到纳米碳纤维。
特点:静电纺丝法具有操作简单、适用范围广、生产效率相对较高等优点,是目前制备纳米纤维的常用方法之一。
4. 固相合成法
原理:采用固相碳源作为原料,通过特定的化学反应或物理过程制备出纳米碳纤维。
特点:固相合成法是一种新型制备方法,具有独特的优势,如原料来源广泛、工艺过程相对简单等。然而,该方法目前仍面临生产成本较高、产物需要进一步提纯等问题。
5. 生物制备法
原理:利用某些(如木醋杆菌)在特定条件下合成纳米级纤维素,再通过后续处理得到纳米碳纤维。
特点:生物制备法具有环保、可持续等优点,但目前仍处于研究阶段,尚未实现大规模工业化生产。