納米碳纖維的制作方法多種多樣,每種方法都有其獨特的優勢和適用范圍。
1. 電弧放電法
原理:將兩根石墨棒放在高溫惰性氣體環境中,利用電弧放電的方式生成石墨烯,再在石墨烯表面上生長碳納米管或碳納米纖維。
特點:該方法具有成本低、高產率等優點,是發現碳納米管的方法,也是制備碳納米纖維的主流方法之一。
2. 化學氣相沉積法(CVD法)
原理:在高溫下,通過化學反應使碳氫化合物裂解,并在催化劑(如納米級超細鎳粉)的作用下,在基體(如石墨片)上生長出納米碳纖維。
特點:該方法可以制備出形態規則、純度較高的螺旋狀納米碳纖維,且生長過程可以通過調整實驗參數進行準確控制。
3. 靜電紡絲法
原理:聚合物溶液在高壓電場的作用下,被不斷拖拽并噴射而出,形成纖維。在噴射過程中,溶劑蒸發(或熔體冷卻)而固化,得到納米碳纖維。
特點:靜電紡絲法具有操作簡單、適用范圍廣、生產效率相對較高等優點,是目前制備納米纖維的常用方法之一。
4. 固相合成法
原理:采用固相碳源作為原料,通過特定的化學反應或物理過程制備出納米碳纖維。
特點:固相合成法是一種新型制備方法,具有獨特的優勢,如原料來源廣泛、工藝過程相對簡單等。然而,該方法目前仍面臨生產成本較高、產物需要進一步提純等問題。
5. 生物制備法
原理:利用某些(如木醋桿菌)在特定條件下合成納米級纖維素,再通過后續處理得到納米碳纖維。
特點:生物制備法具有環保、可持續等優點,但目前仍處于研究階段,尚未實現大規模工業化生產。