碳納米管的制備方法有很多種：電弧放電法、激光燒蝕法、化學(xué)氣相沉積法（CVD）、固相熱解法等。其中化學(xué)氣相沉積法在碳納米管的結(jié)構(gòu)與形貌控制、特定取向生長(zhǎng)、宏觀體制備及批量制備等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。而化學(xué)氣相沉積法中生長(zhǎng)碳納米管時(shí)，催化劑顯然是必不可少的。近年來(lái)，隨著人們對(duì)碳納米管結(jié)構(gòu)可控制備提出的要求，對(duì)催化劑的要求也越來(lái)越高。
催化劑金屬原子與碳原子之間的相互作用力、催化劑的存在形態(tài)、催化劑的催化性能等都對(duì)碳納米管具體的形成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的影響。在碳納米管的生長(zhǎng)過(guò)程中，能否保持其開(kāi)口端（與金屬催化劑相接觸的一端）的穩(wěn)定性直接影響了碳納米管的結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)度。
金屬催化劑與碳納米管之間不同的作用力導(dǎo)致的碳納米管進(jìn)行生長(zhǎng)的三種不同情況
當(dāng)碳原子在金屬催化劑表面不斷析出形成碳納米管時(shí)，新生成的底層碳原子存在懸掛鍵，由于懸掛鍵的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致碳納米管末端有自動(dòng)閉合形成帽狀結(jié)構(gòu)封口的趨勢(shì)（圖中c所示形狀）。
如果金屬催化劑原子與碳原子之間相互作用力很弱，不足以克服碳原子懸掛鍵自動(dòng)閉合的趨勢(shì)，碳納米管與催化劑相接觸的這一端就會(huì)很容易閉合，導(dǎo)致碳納米管停止生長(zhǎng)，并且這種碳納米管還會(huì)存在很多缺陷。上圖所示a→b→c即這個(gè)過(guò)程。
如果金屬催化劑與碳原子之間的結(jié)合力適中，與碳原子懸掛鍵自動(dòng)閉合的作用力可以達(dá)到平衡，那碳納米管與催化劑相連的開(kāi)口則能很穩(wěn)定地存在，隨著碳原子不斷供給，碳納米管長(zhǎng)度將不斷增長(zhǎng)且管徑保持不變。上圖所示a→d即這個(gè)過(guò)程。
如果金屬催化劑原子與碳原子之間的作用力過(guò)大時(shí)，由于碳原子在催化劑表面的浸潤(rùn)性較好，碳納米管的開(kāi)口端就會(huì)沿著催化劑表面延展生長(zhǎng)，表象上看就是談納米管的管徑存在被拉大的現(xiàn)象。這種情況下生長(zhǎng)的碳納米管的管徑會(huì)隨著碳納米管長(zhǎng)度的增加而增大，直到與金屬催化劑的直徑相當(dāng)。上圖所示a→e→f即這個(gè)過(guò)程。
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