碳纤维管事如何形成的？

2022-07-29 16:35:03

在碳纤维管的生长过程中，碳原子在催化剂颗粒中存在浓度差，与气接触面（即固体气接触面）上的碳原子浓度相对较大，而另一面（即固体碳接触面）和附近的碳原子浓度相对较小。浓度差的存在为碳原子的扩散提供了主要的驱动力。同时，催化剂颗粒中的温度梯度也为催化剂中碳原子的扩散提供了力源。一般来说，当物体内部有温度梯度时，物质总是从高温扩散到低温。使用化学气相沉积法合成碳纤维管时，由于碳氢化合物的裂解反应主要是放热反应，而固体碳的沉淀是吸热反应，催化剂与碳氢化合物接触的一面由于碳氢化合物的裂解而升温，另一面由于催化剂内部温度梯度的降低。温度梯度的存在可以加速碳纤维等材料的生长。

在利用化学气相沉积法合成碳纤维管的过程中，碳纤维管的形成可分为两个阶段：碳纤维管的核化和生长。首先，在高温条件下，由于微波等离子体的作用，甲烷裂解获得的碳原子渗入并溶解在催化剂颗粒中。一段时间后，碳处于过饱和状态，开始在催化剂的某个方向的外表面沉淀，形成石墨层，完成碳纤维管的核化过程。然后，气相裂解产生的碳原子不断从另一个表面渗透到附着在石墨层上的一侧，从而促进碳纤维管的生长。

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碳纤维管

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