碳纳米管已成为现代技术不可或缺的一部分。 这是由它们的机械和电子性能以及纳米尺寸来实现的。 这种材料用于许多领域：从电池到显示器。 纳米管的质量在很大程度上取决于手性指数（当左右两侧之间没有对称性时）。 该指标越低，纳米管越好。 创建纳米管已经有几种选择，它们都可以工作。 但这并不意味着一些发烧友不会尝试提出他们的新方法，这将比他们的前任更好。 这将在研究中讨论，我们将在其中与您联系。 走吧
背景知识
首先，请记住，有一个碳纳米管。 可以通过该材料的名称简单地理解这一点。 首先，它是石墨平面的圆柱结构（管），其尺寸可以在几纳米的数量级上。 纳米管有两种主要类型：单壁和多壁（下图）。
在今天的研究中，我们将讨论单壁。 为了与创建纳米管的新方法进行比较，研究人员引用了几种现有方法作为示例，这些方法可以实现低手性分布，这对于纳米管极为重要。 第一种方法-后合成处理-通常基于以下技术：
- 扭曲成DNA的单壁纳米管的离子交换色谱* （IEX）；
- 密度梯度离心* （DGU）;
- 尺寸排阻色谱* ;
- 两相水分离* 。
离子交换色谱法* -一种基于分离的分子的电荷分离离子和极性分子的方法。
密度梯度离心* -基于大分子在密度梯度不同部分的分布进行分离。
尺寸排阻色谱法* -由于分子具有出色的渗透到惰性载体上固相（或液体）孔中的能力，因此可以按大小分离分子。
两相水分离* -两相水系统各相之间的颗粒分布。
以上所有技术都与某种事物在某种事物中的溶解有关。 研究人员认为，这是一个大问题，因为样品在溶解过程中可能会被污染。 结果，这将负面影响纳米管的质量及其性能。
第二种方法是直接生长单壁纳米管。 根据科学家的说法，它没有上述污染问题。 生长的纳米管使用它们各自的片段，碳分子植入物和催化剂。 生长的主要缺点是该过程的复杂性和小的结果。
还有另一种制造纳米管的方法，乍看之下没有任何缺点，是使用浮动催化剂进行化学气相沉积（FC-CVD）。 纳米管可以这种方式快速，大量生产，其性能不会受到负面变化的影响。 另外，可以将纳米管组装在膜滤器上以形成准备使用的薄膜。 听起来一切都很乐观，但这是一个棘手的时刻。 在气溶胶介质中，催化剂可能会在低手性的纳米管选择性生长过程中造成困难。 通过引入少量的NH
3可以解决该问题，这可以使手性分布变窄。 但是，N原子会在高温下污染纳米管，从而改变其电子性能。
不考虑哪种方式，总会有一些令人不快的缺点要解决。 但是，研究人员提出了一种可以避免上述问题的选择。
样品创建和结果
科学家们决定不提出一种制造纳米管的新方法，而是要改进现有的方法，即使用浮动催化剂进行化学气相沉积。 事实证明，这种改进方法非常简单-添加少量的CO
2 。
现在按顺序。 由CO（碳源）以350 cm
3 / min的体积流速合成单壁纳米管。 二茂铁（（η5 -C
5 H
5 ）
2 Fe）充当催化剂，由CO流以50cm
3 / min的速率载运。
通过以0、1、1.5和2.0cm
3 / min的体积流量将各种体积的CO
2引入反应器中来调节纳米管的生长过程，其对应于这样的体积分数：0、0.25、0.37和0.50体积％。 温度为850或880℃。
反应堆运行图不同体积的CO
2的引入导致来自纳米管的膜以不同的颜色获得的事实。 在下图中可以清楚地看到。 这些膜是在850℃的温度下获得的。
在进行透射电子显微镜和能量色散X射线光谱分析后，科学家发现色差丝毫不会影响纳米粒子的整体性能和尺寸。 还发现样品具有高纯度。
具有不同体积分数的CO 2的三个样品的透射电子显微镜（a，b，c）和暗场显微镜（d，e，f）。纳米管的平均直径还直接取决于CO
2的浓度。 因此，对于0、0.25、0.37和0.50 vol％，平均直径分别为1.1、1.3、1.8和1.9 nm。
由于膜的颜色和纳米管的直径反映了CO
2的浓度，因此可以合理地假设这种杂质以一种或另一种方式改变了纳米管本身的性能。
在绿色样品（0.25体积％）中，在约610 nm的波长处观察到吸收系数的明显变化，而在棕色样品（0.37体积％）中-在760 nm处观察到明显的吸收系数急剧变化。
不同体积分数的CO 2样品的吸收光谱。但是未观察到此类跳跃的其他图像（0和0.5 vol。％）没有明亮的颜色，而是保持灰色。
为了更深入地考虑手性分布（n，m）对CO
2浓度的依赖性，对样品进行了电子衍射分析。
电子衍射分析（
a ）上方的图像是单壁纳米管的典型图像，图像
b是该纳米管的电子衍射（EDP）图片。 分析行间距后，建立手性指数-（16.13）。
样品0和0.25 vol。％的电子衍射分析。对工作样品进行相同的分析（上图）显示出明显更好的结果：（8.7）和（11，9）。
随着CO
2浓度的增加
，纳米管
的直径也增加。 在CO
2的体积分数为0.25体积％的情况下，直径为1.0-1.5nm。 该指标与样品的吸收率直接相关。
事实证明，在纳米管的最佳直径和手性分布的良好指示剂的情况下，样品呈绿色。 否则，我们会观察到灰色。 此备注应与CO
2的浓度相关，即其最佳体积％为0.25。
纳米管结构的另一个指标是手性角（折叠方向和相邻六边形具有公共边的方向之间的角度）。
要获得管子，即扭曲石墨平面，您需要将其切成虚线并沿矢量R滚动。所有考虑中的样品（0、0.25和0.50）都显示出完全令人满意的20°–30°手性角。
还进行电子衍射分析以验证纳米管束的电子性质。 事实证明，束中的所有管具有不同的手征角：3.1°，18.9°，26.1°。
一束纳米管的电子衍射分析。还发现了一个有趣的事实：随着CO
2浓度从0增加到0.50，金属纳米管的百分比（即电导率）从29.8％增加到46.3％。 然而，当浓度达到1.23体积％时，纳米管的质量大大降低。
在制造纳米管的过程中，温度起着同等重要的作用。 在更高的温度下，有可能降低CO分解的速率（本研究中纳米管的基础）。 这将提供一个机会，以较低的手性分布更好地控制合成过程。
纳米管的（a）的手性和直径（b）在0.25 vol。％CO 2和880°C的温度下的变化。将这些指标与相似的指标进行比较，但是在850°C的温度下，手性要低得多，集中在（11.9）左右。 大多数管的直径（大于98％）在1.2-1.5 nm范围内变化，这对于本研究是一个极好的结果。
科学家们关于他们的研究的报告可以
在这里找到 。 还有其他材料（图形，图片，表格等）在
此处 。
结语
科学家坦白说，还有很多地方有待验证。 对于某些指标（例如电导率和直径），在没有CO
2和带有CO
2的样品
中，效果并不那么令人印象深刻，以至于他们100％确信无条件获胜。 但是，在制造单壁碳纳米管的过程中使用CO
2的重要性显然不可否认。 此技术需要进一步研究和完善。
除其他外，科学家能够成功地制造出纳米管，其纳米管的膜由于性质的不同而颜色不同。 不同浓度的CO
2会改变纳米管的直径和手性指数，这会导致薄膜的几种颜色选择：绿色，棕色和灰色。 这种材料的颜色变化为它们的应用开辟了新的途径，但现有材料也会发生变化。
这项研究是解决“古老”问题的非凡创新方法的生动例证，也是对“一切聪明才是简单”的著名真理的展示。
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