超長碳納米管實現超高產率制備

日前，清華大學化工系副教授張如范課題組通過超長碳納米管制備技術方法論層面的創新，實現了超長碳納米管的超高產率制備，為超長碳納米管的大批量制備及相關應用開發奠定了基礎。張如范課題組將超長碳納米管的陣列密度首次提升至約6700 根/mm，比傳統方法至少提升2～3 個數量級，且制備的超長碳納米管還具有分米級的長度、較少的管壁數、近乎完美的結構和較高的半導體型純度。通過深入研究超長碳納米管的生長機理，提出了一種基底攔截導向策略以實現超長碳納米管的超高產率制備。該策略將催化劑溶液氣化后通入碳納米管生長裝置前端，同時在生長裝置的中部放置一個耐高溫平整基底，用于分割流場和攔截漂浮的短碳納米管，使大量漂浮的短碳納米管向超長碳納米管的生長模式轉變。

碳納米管因其優異的力學、電學、熱學等性能，在超強超韌纖維、下一代碳基芯片、高性能透明導電膜、智能柔性可穿戴設備等領域具有廣闊應用前景。碳納米管的各項性質受到其單體長度、取向度、缺陷濃度、結晶度、手性等多方面結構因素的影響，其中單體長度對碳納米管宏觀性質的影響尤為顯著。因此，提升碳納米管的長度是優化性能和發展下游應用的關鍵。只有兼具厘米級以上宏觀長度、高取向度、高純度和完美結構的超長碳納米管，才可以發揮出碳納米管本征的優異性能。

據介紹，在過去30 多年的超長碳納米管發展歷程中，研究者們一直采用漂浮生長機制制備超長碳納米管，存在生長工藝窗口窄、生長條件極為苛刻、催化劑利用率低下、存在催化劑顆粒聚并和碳納米管間相互纏繞等問題，從而導致超長碳納米管的產率非常低(超長碳納米管在平整基底上的數量密度通常只有幾十根/毫米)，無法滿足量產的要求，限制了超長碳納米管的批量制備和應用開發。