Углеродные нанотрубки: сравнительное исследование методов синтеза и их проблем

Авторы

  • А.Р. Керимкулова Казахский национальный университет им. аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, Алматы, Казахстан; Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан
  • А.Н. Шырынбек Казахский национальный университет имени аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, Алматы, Казахстан
  • С.А. Таупихова Казахский национальный университет имени аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, Алматы, Казахстан
  • Н.М. Асанбек Казахский национальный университет имени аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, Алматы, Казахстан; Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан
  • Е.Ж. Ермолданов Казахский национальный университет им. аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, Алматы, Казахстан; Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан
  • А.Н. Сабитов Казахский национальный университет им. аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, Алматы, Казахстан; Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан https://orcid.org/0000-0003-3677-8685

DOI:

https://doi.org/10.18321/cpc23(1)39-51

Ключевые слова:

углеродные нанотрубки, химическое осаждение из газовой фазы, дуговой разряд, лазерная абляция, хиральность

Аннотация

Углеродные нанотрубки (УНТ) являются основой нанотехнологий благодаря своим уникальным структурным, электрическим и механическим свойствам. Эти наноструктуры, включающие однослойные (ОСУНТ) и многослойные (МСУНТ) формы, вызывают большой интерес в исследовательских и промышленных приложениях. Метод синтеза УНТ играет ключевую роль в определении их характеристик. Доминирующими методами их синтеза являются: химическое осаждение из паровой фазы (CVD), дуговой разряд и лазерная абляция. Каждая технология обладает уникальными преимуществами и недостатками, которые влияют на качество, выход и масштабируемость получаемых нанотрубок. Недавние сравнительные исследования предоставили ценную информацию об оптимизации этих методов синтеза. Например, изменения в катализаторах, газах-предшественниках и условиях реакции существенно влияют на структурную целостность и чистоту УНТ. В этой статье представлен сравнительный анализ этих методов синтеза, подчеркиваются ключевые достижения, роль катализаторов и влияние параметров процесса. Особое внимание уделяется подходам на основе CVD, включая методы плавающего катализатора и псевдоожиженного слоя, которые являются многообещающими для крупномасштабного производства с контролируемой морфологией. Кроме того, лазерная абляция с использованием угля в качестве прекурсора может быть экономически эффективной альтернативой для высокопроизводительного синтеза ОСУНТ. Целью исследования является обзор методов синтеза УНТ для различных научных и технологических приложений.

Биография автора

  • А.Н. Сабитов, Казахский национальный университет им. аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, Алматы, Казахстан; Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан

    -

Библиографические ссылки

(1) Gupta N, Gupta SM, Sharma SK (2019) Carbon Lett 29:419-447.

(2) Rahman G, Najaf Z, Mehmood A, Bilal S, Shah AUHA, Mian SA, Ali G (2019) C 5(1):3. Crossref

(3) Shoukat R, Khan MI (2022) Microsyst Technol 28(4):885-901. Crossref

(4) Gacem A, et al. (2022) J Nanomater 2022(1):7238602. Crossref

(5) Alhashmi Alamer F, Almalki GA (2022) Polymers 14(24):5376. Crossref

(6) Ferreira FV, Franceschi W, Menezes BR, Biagioni AF, Coutinho AR, Cividanes LS (2019) Carbon-Based Nanofillers and Their Rubber Nanocomposites:1-45. Crossref

(7) Brady GJ, Way AJ, Safron NS, Evensen HT, Gopalan P, Arnold MS (2016) Sci Adv 2(9):e1601240. Crossref

(8) Cao Y, Cong S, Cao X, Wu F, Liu Q, Amer MR, Zhou C (2019) Single-Walled Carbon Nanotubes: Preparation, Properties and Applications: 189-224.

(9) Zhong D, Zhang Z, Peng LM (2017) Nanotechnology 28(21):212001. Crossref

(10) Soylemez S, Yoon B, Toppare L, Swager TM (2017) ACS Sens 2(8):1123-1127. Crossref

(11) Qiu S, Wu K, Gao B, Li L, Jin H, Li Q (2019) Adv Mater 31(9):1800750. Crossref

(12) Hofferber E, Meier J, Herrera N, Stapleton J, Calkins C, Iverson N (2022) Nanomedicine 40:102489. Crossref

(13) Hendler-Neumark A, Wulf V, Bisker G (2023) ACS Sens 8(10):3713-3722. Crossref

(14) Tang DM, et al. (2024) Nat Rev Electr Eng 1(3):149-162. Crossref

(15) Takakura A, et al. (2019) Nat Commun 10(1): 3040. Crossref

(16) Charoenpakdee J, Suntijitrungruang O, Boonchui S (2020) Sci Rep 10(1):18949. Crossref

(17) Nishihara T, et al. (2022) Nano Lett 22(14):5818–5824. Crossref

(18)Liu D, et al. (2024) Trends Chem 4(4):186-210. Crossref

(19) Lu SXL, Swager TM (2023) Nat Rev Methods Primers 3(1):73. Crossref

(20) Tian W, et al. (2023) J Mol Liq 392:123433. Crossref

(21) Lavagna L, et al. (2021) Mater Today Chem 20:100477. Crossref

(22) Krishna RH, et al. (2023) Appl Surf Sci Adv 16:100431. Crossref

(23) Díez-Pascual AM (2021) Macromolecules 1:64-83. Crossref

(24) Hareesha N, et al. (2021) Colloids Surf A 626:127042. Crossref

(25) Pant M, et al. (2021) Mater Today Proc 46:11250-11253. Crossref

(26) Mohamed AEMA, Mohamed MA (2020) Carbon Nanomaterials for Agri-Food and Environmental Applications: 21-32. Crossref

(27) Rathinavel S, Priyadharshini K, Panda D (2021) Mater Sci Eng B 268:115095. Crossref

(28) Sivamaran V, et al. (2022) Chem Phys Impact 4:100072. Crossref

(29) Novikov IV, et al. (2021) Chem Eng J 420:129869. Crossref

(30) Lin J, et al. (2020) Diam Relat Mater 106:107830. Crossref

(31) Nazhipkyzy M, et al. (2022) Nanomaterials 12(11):1817. Crossref

(32) Smagulova GT, et al. (2020) Eurasian Chem Tech J 22(3):235-239. Crossref

(33) Yahyazadeh A, Nanda S, Dalai AK (2024) Reactions 5(3):429-451. Crossref

(34) Sho ukat R, Khan MI (2021) Microsyst Technol: 1-10. Crossref

(35) Chen S, et al. (2023) Mater Horiz 10(11):5185-5191. Crossref

(36) Chrzanowska J, et al. (2015) Phys Status Solidi B 252(8):1860-1867. Crossref

(37) Ismail RA, et al. (2020) Physica E 119:113997. Crossref

(38) Alamro FS, et al. (2021) Nanomaterials 11(8):2142. Crossref

(39) Sharma S (2022) Mini Rev Org Chem 20:55. Crossref

(40) Arora N, Sharma NN (2014) Diam Relat Mater 50:135-150. Crossref

(41) Mehdi SMZ, et al. (2024) Surf Interfaces 49:104442. Crossref

(42) Zhou G, et al. (2024) Vacuum 225:113198. Crossref

(43) Yermagambet BT, et al. (2021) Solid Fuel Chem 55:380-390.

(44) Yermagambet BT, et al. (2020) Izvestiya NAN RK Seriya Khimii i Tekhnologii 5:126-133. Crossref

Опубликован

25-03-2025

Как цитировать

Керимкулова, А., Шырынбек, А., Таупихова, С., Асанбек, Н., Ермолданов, Е., & Сабитов, А. (2025). Углеродные нанотрубки: сравнительное исследование методов синтеза и их проблем. Горение и плазмохимия, 23(1), 39-51. https://doi.org/10.18321/cpc23(1)39-51