电弧放电法分解
简易的碳纳米管制备方法
简易的碳纳米管制备方法
简易的碳纳米管制备方法主要包括以下几种：
1. 化学气相沉积法（CVD）：这是一种较为常见的碳纳米管制备方法。
通过在催化剂作用下，将碳源气体（如甲烷、乙炔等）加热分解，生成碳纳米管。
催化剂可以是镍、铁、钴等金属，制备过程中需要控制气体流量、温度和反应时间等参数。
2. 激光烧蚀法：这种方法是将石墨或碳靶材置于真空环境中，利用激光束对其进行烧蚀，石墨或碳靶材在激光作用下蒸发并凝结成碳纳米管。
制备过程中需要调整激光功率、扫描速度和靶材距离等参数。
3. 电弧放电法：这种方法是通过电弧放电将碳源材料（如石墨、碳纤维等）分解，生成碳纳米管。
制备过程中需要控制电弧放电的电流、电压和放电时间等参数。
4. 模板法：模板法是将碳源材料涂抹在模板上，然后通过模板的孔隙形成碳纳米管。
这种方法可以制备具有有序排列结构的碳纳米管。
制备过程中需要选择合适的模板材料和孔径，以及控制碳源材料的浓度和固化条件。
5. 生物合成法：这种方法是利用生物体（如细菌、藻类等）的生物矿化作用，将碳源材料转化为碳纳米管。
制备过程中需要选择合适的生物体和培养条件，以及控制碳源材料的添加量和生物矿化时间。
需要注意的是，上述简易方法在制备碳纳米管时，可能存在产率、纯度和结构等方面的问题。
为了获得高质量的碳纳米管，通常需要对制备方法进行优化和改进。
同时，根据实际应用需求，还可以对碳纳米管进行功能化修饰和复合，以实现特定的性能。
电弧
学习资料电弧电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质（例如空气）所产生的瞬间火花。
电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。
当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于10—20伏，电流不小于80~100mA ，电器的触头间便会产生电弧。
电弧是高温高导电率的游离气体，它不仅对触头有很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延长。
电弧电压所产生的危害严重的，其温度高达数千摄氏度，轻则损坏设备，重则可以产生爆炸，酿成火灾，威胁生命和财产的安全。
特别是在石油、电力行业中，更需要额外的注意，由于行业的特殊性，更容易造成事故，甚至是人员的伤亡。
在电力行业中，开关电器会产生电弧，因为其温度高达数千摄氏度，能烧坏触头，甚至导致触头熔焊。
如果电弧不立即熄灭，就可能烧伤操作人员，烧毁设备，甚至酿成火灾。
因此，有触头的电器应考虑其灭弧问题。
尤其是高压配电方面更要注意。
一但由于带负荷拉闸操作失误，或者是在开关箱内有异物（导电体），拉出开关箱的时候，异物瞬间接通了两极又分开，导致电弧产生，导致产生爆炸现象，炸伤、烧伤操作人员。
在石化行业中，各种设备都可能导致电弧的产生，再加之一些不可预测的天然因素的存在，所以在石化行业中更要特别的小心仔细，严防电弧产生爆炸，导致火灾。
由于行业的特殊性，企业周围的空气中含有一定程度的易燃易爆气体，只要碰到各种放电现象就可能将其引爆，从而酿成大的灾难。
在电力行业企业中呢，更容易发生电弧现象，比如短路时，电流虽小，但因为接地故障的缘故，接地点就可能产生电弧；开关制造不良、安装不善或维护不及时；线路敷设不善；电气设备及线材的选择未按所处环境采取适当的措施；动物咬、抓等造成绝缘损坏等。
上述情况都有可能造成电弧事故，因此绝不可以轻视。
学习资料灭弧的主要措施：(1)增大近极电压降。
主要方法是把电弧分隔为许多串联短弧。
若利用金属片将长弧切成若干短弧，则电弧上的电压降将近似增大若干倍，电弧就不能维持燃烧而迅速熄灭。
氩气的制备方法
氩气的制备方法氩气是一种无色、无味、惰性气体，常用于保护焊接、气体放电等工业领域。
下面介绍几种常见的制备氩气的方法：1. 空分法制备氩气空分法是最常用的制备氩气的方法之一。
该方法利用空分设备将空气中的氧、氮分离，从而得到高纯度的氩。
具体步骤如下：（1）将空气通过压缩机压缩至10-12MPa。
（2）将压缩后的空气通过冷却器冷却至低温，使其中的水蒸汽和二氧化碳凝结成液态。
（3）将低温下的空气通过吸附剂，如分子筛或活性炭等，去除其中的水和二氧化碳。
（4）将处理后的空气通过膜隔离器或吸附剂进行分离，得到高纯度的氮和富集了少量的氩的废弃物。
（5）将废弃物中富集了少量的氩经过再次加工提取出纯度较高的液态或者高压状态下使用。
2. 液化空分法制备液化空分法制备氩气是另一种制备高纯度氩气的方法。
该方法利用低温将空气液化，再通过分离技术分离出其中的氮和氩。
具体步骤如下：（1）将空气通过压缩机压缩至10-12MPa。
（2）将压缩后的空气通过冷却器冷却至低温，使其中的水蒸汽和二氧化碳凝结成液态。
（3）将低温下的空气通过膜隔离器或吸附剂进行分离，得到高纯度的液态氮和富集了极少量的液态氩。
（4）将液态空气通入一个加热炉中，使其中的液态氮汽化，并在此过程中提取出富集了极少量的液态氩。
（5）将提取出来的液态氩经过再次加工提取出纯度较高的液态或者高压状态下使用。
3. 电弧放电法制备电弧放电法是一种常见且简单易行的制备小量高纯度氩气方法。
该方法利用电弧放电将空气分解成其组成元素，从而得到高纯度的单质氩。
具体步骤如下：（1）将两根电极置于一定距离内，电极间的空气压力为0.1-0.2MPa。
（2）通过电源将电极加热至高温，使空气在电弧放电过程中分解成其组成元素。
（3）将分解后的氩气通过冷却器冷却，并利用吸附剂去除其中的水和二氧化碳等杂质。
（4）再将处理后的氩气加压至所需压力并储存使用。
以上就是几种常见的制备氩气的方法。
不同方法适用于不同情况，根据实际需要选择合适的方法进行制备。
电弧放电法合成Mg-Mg2Si-Si复合纳米粉体
１０ ２ ） １ ０ ３ １ 沈 阳 工业 大 学 理 学 院 ， 阳 ）（ 沈
２ 沈 阳工 业 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ， 阳 １ ０ ２ ） ）（ 沈 １０ ３
摘
要 ： 在 Ｓｌ ＋Ａ 的混 合气氛下用 电弧放 电法蒸 发纯 Ｍｇ制备 了 ＭｇＭｇＳ—ｉ 合纳米 粉体 。用 Ｘ Ｄ、 ｉ４ ｒ — ２ｉ 复 Ｓ Ｒ
ｕ ｎ ２ Ｓ ｅ ｍ ｉ ） Ｘｕ Ｄｏ ｎｉ ｎ１ ， Ｚｈｅ ｕ ） Ｚｈａ １ ， Ｌｉ Ｚｈｅ ｇ ） ｕｎ Ｗ ｉ ｎ１ ｎｇ ａ ） ｎｇ Ｚｈ ｏ１ ， ｎｇ Ｙｉ ）
，
１ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｃ ｎ ｅ Ｓ ｅ ｙ ｎ ｉ ｒ ｔ ｆ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｓ ｅ ｙ ｎ １ ０ ３ Ｃ ｉａ ）（ ｏｌ ｅｏ ｉ ｃ ， ｈ ｎ ａ ｇＵｎｖ ｓ ｙｏ ｃ ｎ ｌ ， ｈ ｎ ａ ｇ １ ０ ２ ， ｈｎ ） ｅ Ｓｅ ｅｉ Ｔ ｇ ２ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｔｒ ｌ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ｅ ｙ ｎ ｉｅｓ ｙｏ ｅ ｈ ｏ ｇ ， ｈ ｎ ａ ｇ１ ０ ２ ， ｈｎ ） ）（ ｌ ｅｏ ｅｉ ｅ ｅａ ｄＥ ｇ ｅ ｎ ， ｈ ｎ ａ ｇ Ｕｎｖｒｉ ｆ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｓ ｅ ｙ ｎ １ ０ ３ Ｃ ｉａ ｏ ｅ Ｍａ ａ Ｓ ｎ ｃ ｎ ｉ ｔ Ｔ ｏ
Ｔ Ｍ 、 Ｓ － Ｇ、 含量 分 析 等 手 段 对 样 品 进 行 了分 析 。结 果 表 明 ， 品 中 ＭｇＳ 含 量 随 气 氛 中 Ｓ 含 量 （ Ｅ Ｄ ＣＴ 氧 样 ２ｉ ｉ Ｈ４ 压
力） 的增 加 而 增 加 ， 均 粒 度 和 氧 含 量 随 ＭｇＳ． 量 增 加 而减 小 。 在 室 温 大 气 条 件 下 ， 品 中 ＭｇＳ 相 的含 量 平 ２ｉ 含 样 ２ｉ
电弧放电法制备纳米碳管
中图分类号
文献标识码
Α
概述
纳米碳管自 年被发现以来≈ 已在全世界 范围内引起了各国学者的广泛关注和极大兴趣 这 一领域的研究也成为炭素界以至整个材料科学和凝 聚态物理研究的前沿和热点 ∀ 纳米碳管可以看作是二维的石墨烯片层卷积的 结果 示意图如图 其理想结构是由六边形碳原 子网格围成的无缝 !中空管体 两端通常由半球形的 大富勒烯分子罩住 直径在几个到上百纳米 长度则 为几个到几十个微米 ∀ 根据管壁包含碳原子层数不 同可将其分为多壁纳米碳管 管壁由 成 片
≅ ΜΠ α
究∀
积物中意外地发现了一种针状物 ∀ 在高分辨电镜下 观察到这些针状物呈中空管状 管壁由 不等的碳原子层组成 直径为
νµ ∗
层∗
层
这一调整使纳米碳管的产量达到了克量级 而且其
∀ ∆ Τ Χολβε ρ τ 等认为沉积在阴
νµ 长约
第
期
刘畅 等 电弧放电法制备纳米碳管
#
# ∀与
极的纳米碳管互相烧结会带来结构上的缺陷并限制 其应用 所以他们采用水冷铜阴极座 在石墨阴极棒 较短时 可以有效避免纳米碳管的烧结
Κ ΠΩ# µ #κ
电弧法制备多壁纳米碳管
早在十九世纪初 人们就通过在两根石墨电极 间放电而首次发现了电弧 但应用电弧技术从事炭 材料研究并取得突破性进展却已是近两个世纪以后 了∀ 年 Ω Κρα τσ χηµ ε ρ 等采用电弧蒸发石墨电 极的方法实现了 Χ 的大量制备 引起广泛关注≈ ∀ 年 日本电镜专家 Ι ι ϕ ιµ α 在 Χ 的制备装置中充 入了
≈2
性模量 与金刚石相当 级复合材料的增强体 维量子导线≈
能带结构 呈现金属导体或半导体特性 是理想的一 此外 纳米碳管用作发射极 !吸波材
富勒烯的合成
富勒烯的合成富勒烯是一种由碳原子组成的分子，具有球形或管状结构，是碳纳米材料的一种重要代表。
富勒烯的合成是一项具有重要科学意义和应用价值的研究领域。
本文将介绍富勒烯的合成方法和相关研究进展。
富勒烯的合成方法多种多样，其中最早被发现的是电弧放电法。
该方法是在高温下，通过在惰性气体环境中施加高电压，使两根石墨电极之间发生电弧放电，从而产生富勒烯。
这种方法简单、易操作，但产率较低，且生成的富勒烯分布不均匀。
后来，研究人员发展了许多其他的合成方法，如激光蒸发法、热蒸汽法、高温炭热法等。
激光蒸发法利用激光束照射石墨靶，使其蒸发并在惰性气体环境中快速冷却，形成富勒烯。
热蒸汽法是将石墨加热至高温，使其产生蒸汽，然后在惰性气体环境中冷却，形成富勒烯。
高温炭热法是将石墨或其他碳源加热至高温，使其分解生成富勒烯。
还有一种较为常用的合成方法是溶剂热法。
该方法是将石墨或其他碳源溶于有机溶剂中，在高温高压条件下进行反应生成富勒烯。
溶剂热法具有合成时间短、产率高、富勒烯分布均匀等优点，因此被广泛应用于富勒烯的合成过程。
除了上述方法，还有一些新颖的合成方法被提出。
例如，研究人员利用微波辐射、超声波、离子液体等技术来促进富勒烯的合成。
这些新方法不仅可以提高富勒烯的合成效率，还可以控制富勒烯的形貌和结构，为富勒烯的应用提供了更多的可能性。
富勒烯的合成方法研究不仅有助于了解富勒烯的形成机理，还为富勒烯的应用提供了基础。
富勒烯具有许多独特的性质和潜在的应用价值，如电子传输、催化剂、药物输送等领域。
因此，富勒烯的合成研究对于推动纳米科技和碳材料的发展具有重要意义。
富勒烯的合成是一项具有重要科学意义和应用价值的研究工作。
通过不断改进合成方法，可以实现高效、可控的富勒烯合成。
富勒烯的合成研究为其应用提供了基础，推动了纳米科技和碳材料领域的发展。
希望今后能够进一步探索富勒烯的合成方法，并将其应用于更多领域，造福人类社会。
等离子体裂解甲烷
等离子体裂解甲烷
摘要：
1.等离子体裂解甲烷的背景和意义
2.等离子体裂解甲烷的原理
3.等离子体裂解甲烷的方法
4.等离子体裂解甲烷的应用领域
5.等离子体裂解甲烷的前景与挑战
正文：
等离子体裂解甲烷是一种利用等离子体技术将甲烷分子分解为氢和碳的方法。
这种方法在环境保护、能源利用等领域具有重要的应用价值。
等离子体裂解甲烷的原理是利用等离子体的高温、高能量状态，使甲烷分子中的碳氢键断裂，生成氢气和碳黑。
这个过程是在气态等离子体中进行的，因此也称为气相等离子体裂解。
等离子体裂解甲烷的方法主要有以下几种：
（1）直流电弧等离子体裂解：通过直流电弧放电产生的高温等离子体分解甲烷。
（2）微波等离子体裂解：利用微波能量产生等离子体，进而裂解甲烷。
（3）激光等离子体裂解：通过激光束辐照甲烷气体产生等离子体，实现甲烷的裂解。
（4）电晕放电等离子体裂解：在高压、低温度条件下，利用电晕放电产生的等离子体裂解甲烷。
等离子体裂解甲烷的应用领域广泛，包括：
（1）环境保护：作为一种清洁能源技术，等离子体裂解甲烷可以减少温室气体排放，有助于减缓全球气候变化。
（2）能源利用：裂解甲烷产生的氢气可作为氢能的来源，具有广泛的应用前景。
此外，碳黑可用作化工原料或燃料。
（3）工业生产：等离子体裂解甲烷可用于制备高纯度氢气，满足半导体、新能源等产业的需求。
尽管等离子体裂解甲烷具有诸多优点，但仍面临一些挑战，如设备成本高、运行稳定性有待提高等。
碳纳米管的制备
碳纳米管的制备碳纳米管是一种具有独特结构和优异性能的纳米材料，广泛应用于电子器件、储能材料、传感器等领域。
本文将介绍碳纳米管的制备方法及其原理。
一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要包括化学气相沉积法、电弧放电法、激光烧蚀法和碳化合物热解法等。
下面将对其中的几种常用方法进行详细介绍。
1.化学气相沉积法化学气相沉积法是目前最常用的制备碳纳米管的方法之一。
其原理是在适当的温度下，将含有碳源和催化剂的气体通过反应管，使之在催化剂表面发生化学反应，生成碳纳米管。
该方法具有制备工艺简单、成本较低等优点。
2.电弧放电法电弧放电法是一种较早被发现的碳纳米管制备方法。
其原理是在高温下，通过电弧放电使碳源蒸发，生成碳烟，进而形成碳纳米管。
该方法制备的碳纳米管质量较高，但成本较高，且产量较低。
3.激光烧蚀法激光烧蚀法是利用激光脉冲对含有碳源的固体进行瞬时加热，使之发生爆炸和蒸发，生成碳纳米管。
该方法制备的碳纳米管结构较好，但对设备要求较高，且产量较低。
4.碳化合物热解法碳化合物热解法是一种将碳源与金属催化剂一起加热至高温，使碳源在催化剂表面发生热解反应生成碳纳米管的方法。
该方法制备的碳纳米管质量较高，但对设备要求较高，且成本较高。
二、碳纳米管的制备原理无论是哪种制备方法，碳纳米管的制备都基于碳原子的重新排列和堆积。
以化学气相沉积法为例，其制备原理如下：在适当的温度下，将含有碳源和催化剂的气体通过反应管。
在催化剂表面，碳源分解生成碳原子，并在催化剂的作用下重新排列和堆积，形成碳纳米管的结构。
催化剂在碳纳米管的形成过程中起到了关键的作用。
一方面，催化剂可以提供活性位点，促使碳原子的重新排列和堆积；另一方面，催化剂还可以调控碳纳米管的直径和结构。
制备碳纳米管的温度也是一个重要的参数。
温度过高会导致碳纳米管的生长速度过快，从而影响其结构和质量；温度过低则会降低碳纳米管的生长速度。
除了制备方法和制备温度，碳源的选择也会对碳纳米管的结构和性能产生影响。
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青 衣
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实验结果
图：不同放电电流 下，炭黑的产率以 及SWCNT的纯度。
最佳电流是100A, 获得了55%的纯度。
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图：在不同电流下 的生成的SWCNT的 TEM图。 （a）100A （b）150A （c）200A （d）在100A条件下 生成的SWCNT高分辨 率TEM图。
青 衣
根据比例尺， SWCNT的直径在 1.3nm左右。
9
催化剂
金属催化剂对纳米碳管的形核与生长有重要的影响， 在管束生长过程中,金属催化剂原子将两根相邻的纳米碳管 的开口边缘连接起来,从而避免了每根纳米碳管端帽的自然 封闭,有利于形成较长的管束。
表现为电弧等离子体中电场与温度场的协同作用。电 场约束了形成碳纳米管的碳碎片的飞行方向，温度场提供 了碳纳米管生成的高温环境。 起弧时，温度达到了3000℃至5000℃，如果没有很好 地让电极降温,不仅会影响到电极起弧的寿命,而且热量传 到整个反应室内,让碳灰等产物烧结,很难沉积下来。
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电弧参数
冷却速度
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文献阅读
电流对用可控温度电弧放电法合成的单壁碳纳米管的影响
青 衣
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图：自行设计的一个温度可控的电弧 放电法制备碳纳米管的装置。
气氛：He 500Torr 温度：500℃ 阳极石墨棒：直径10mm，长100mm 内孔：直径7mm，长70mm。 电极间距：2mm 催化剂：Ni/Co 2.5:2.5at.% 实验电流：80A，100A，150A， 200A，240A，280A。 样品的收集：反应内壁的沉积物和电 极和内壁间网状物质（soot）。
青 图：各个电流下生成的碳黑的 XRD图 衣
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图：100A（a）和150A（c） 阴极沉淀物的背散射电子 图。以及对应的Ni-Co粒子 分布图（b）（d） Ni-Co重量百分比 分别为6.5%和 7.6%，可以看出 大量的催化剂在 阴极上沉积，且 电流越大，沉积 量越多。 青 衣
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图：电弧放电时催化剂和电子运动原理 图，箭头显示的是粒子运动方向。 青 衣
从图我们可以部分和碳原子一起蒸发到了气 氛中，而这正是对催化起作用的部 分。随着电流的增加，由中子和带 电粒子所组成的等离子体的密度增 加，由于阳极粒子与电子的漂流速 度与电场强度成正比，因此更多的 阳极物质被蒸发掉了。电流越大， 越多的催化剂吸附在阴极上，更有 利于形成无定形的碳颗粒和碳束， 因此导致了碳黑中SWCNT的减少。
图：半连续氢电弧法制 备碳纳米管。
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液氮放电法
如图将石墨阳极插入到含有液 氮的反应室内，与已装有的短铜棒 （或石墨棒）阴极接触产生电弧后， 在电弧区生成的纳米碳管落下，沉 积在桶的底部，反应室的底部呈漏 斗状，并由一阀门密封，该阀门定 期自动打开，使纳米碳管从反应室 流出。 采用这种方法可以制备出高质 量的多壁碳纳米管。 青 衣 图：液氮放电法装置简图
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Correspond to the breathing mode of SWCNT .
d（SWCNT）=223.75/λ 1.38nm 1.32nm 1.27nm，1.23nm
G mode associated with the splitting of the E2 mode of graphite.
铁系元素（Fe，Co,Ni）→稀土元 素和澜系→双元合金系 （Fe/Ni,Co/Ni,Ni/Y等） 例：1999年, Takizawa等人用掺有 Ni/Y催化剂的碳棒通过电弧放电法制 备单壁碳纳米管,600℃下产率可达70%。 青 衣
图：催化电弧法装置简图
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半连续氢电弧法
改进方法：与传统电弧法不同的是， 阴极和阳极成一斜角（30°~50°） 阴极为一根石墨棒，阳极由混合均 匀的石墨粉和催化剂组成。阳极和 阴极的位置皆可调。 优点：实现制备的半连续化，用氢 气取代氦气，不仅可降低成本，而 且有效提高了单壁纳米碳管的质量 和产量，这是因为氢气可刻蚀反应 中生成的无定形碳等杂质并促进催 化剂蒸发。 青 衣
电弧放电加热蒸发法制 备碳纳米管
主讲人 胡洋 13721584 主席 赵春晓13721585
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目录
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青 衣
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电弧放电法工艺简介 电弧放电制备碳纳米管的工艺参数
文献阅读 小结及展望
电弧放电法工艺简介
电弧理论
电弧的实质是一种气体放电现象， 在一定的条件下能使两极之间的气体 空间导电，是电能转化为热能和光能 的过程。
G/D可以在一定程度上反 应碳黑中SWCNT的纯度。
D mode attibuted to the disorder-induced phonon mode of impurities. 图：100A产生的碳黑的拉曼散射光谱图 青 衣
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讨论
比其他的峰值要高， 因此反应室气氛中更 多的催化剂有助于 SWCNT的生长。
电弧的带电粒子主要由气体空间
中气体的电离和电极电子发射两个过 程产生。 青
衣
3
电弧放电特点
电弧能量集中，温度高，亮度大。 电弧是一束游离的气体。 电弧由三部分组成，阴极区，阳极区， 弧柱区。
电弧是一种自持放电现象。维持电
弧稳定燃烧的电压较低。 青 衣
图：电弧的三个组成部分
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（石墨）电弧法制备碳纳米管 原理：阳极石
墨电极在电弧 产生的高温下 蒸发，在阴极 沉积出纳米管。
青 衣
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图：石墨电弧法工艺简图 1—真空计 2—进料系统 3—石墨阳极 4—接真空泵 5—惰性气体 6—水冷系统 7—石墨阴极 8—冷却循环系统 9—真空泵
催化电弧法 • 在阳极中掺杂不同的金属催化剂（Fe，Co，Ni，Y 等），利用两极的弧光放电来制备纳米碳管。
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工艺参数对纳米碳管产物的影响
单位长度电弧产生的能量可以表示为
电弧电场强度 电弧电流
电弧弧柱的 温度是由电流大 小、气体介质种 类、气体介质压 力及电极材料等 因素所决定的。 青 衣
Q=E· I
70-200A，过低时 电弧不稳定，过 高时则会使无定 形碳、石墨微粒 等杂质增多。
介质气体的压力，气压 高时气体分子(或离子、 气体介质的质量、 ＋ 电子) 相互碰撞的几率 导热性能及解离 大,电弧热量散失快,促 程度。 使E 值增加。