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【碳素新产业】合成分离技术(上):单层CNT开
发布时间:2021-02-28 20:27    文章作者:job竞博官网

  2014年2月,日本终于开始量产单层碳纳米管(CNT)了。分离技术也取得了巨大进展,今后有望实现以前无法实现的产品。石墨烯的带隙问题也出现了解决的希望。

  什么样的碳元件能实用化主要取决于CNT和石墨烯等材料的品质及价格。现在,终于能以低成本采购高品质的CNT和石墨烯了,而且还有希望选择具备特定带隙的材料。

  日本从2014年2月开始量产单层碳纳米管(CNT)。单层CNT的量产在全球还比较少见注1)。如果每克高达10多万日元的单层CNT价格能通过量产降低,利用单层CNT的碳元件就会增加,从而促进单层CNT的价格进一步降低,这样就有望形成良性循环。

  注1)除此之外,量产较高品质单层CNT的还有率先推出CNT触摸面板的中国富纳源创。2002年开发出了称为“Super-Aligned CNT Array”的CVD法。与SG法相似,不过SG法是2004年开发的。

  目前,量产高品质单层CNT的技术主要可分为两种。日本最近运转的量产工厂也采用了隶属于这两种分类的技术。首先,2014年2月开始量产的是称为eDIPS(增强直喷热解合成)法的技术(图1)。

  名城纳米碳公司预定采用eDIPS法在2014年开始量产(a)。日本瑞翁正考虑2015年启动采用SG法的量产工厂(b)。这两种方法因获得的CNT特性和生产效率存在差异,可根据用途采用最佳的方法(c、d)。((b)由产业技术综合研究所和日本瑞翁拍摄)

  该技术由日本产业技术综合研究所开发。名城大学设立的风险企业——名城纳米碳公司建设了采用该技术的量产工厂,于2014年2月投入使用。“采用eDIPS法一小时可合成一克单层CNT。包括精炼过程的成品率在内,与我们此前利用的电弧放电法相比,拥有100倍的量产性”(名城纳米碳公司代表董事桥本刚)。

  另一种量产技术称为超速成长(SG)法,也是由产业技术综合研究所开发的。SG法已经启动了长12m的大型验证工厂。不过,今后才要开始大规模量产。日本瑞翁(Zeon)正考虑2015年启动年产10吨规模的工厂。

  这两种量产技术相互之间不存在竞争。因为可合成的单层CNT的类型不同。因此,都是根据用途区分利用合成法。

  首先,eDIPS法是化学气相法(CVD)的一种,从反应炉上投入碳源和作为催化剂的金属微颗粒物,在气相中生长CNT。既不使用基板也不使用固定催化剂的载体。无需清洁车间,能在大气压下制造。

  利用这种方法合成的单层CNT结晶缺陷少,纯度高达90~95%,远远高于原来的合成方法。CNT的直径比较细,只有1n~2nm。

  该方法的最大特点是,“通过控制反应条件,可在约10%的范围内制作所需的直径”(产业技术综合研究所 纳米管应用研究中心 流动气相成长 CNT小组研究组长斋藤毅)。

  单层CNT的结晶缺陷少有助于载流子迁移率、发光效率和机械强度等都实现高水平。直径可选意味着如果单层CNT是半导体型,可以选择带隙尺寸。因此,利用eDIPS法合成的单层CNT适合用作半导体材料。


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