Ugljikovodični plinovi (posebno metan CH₄ i etilen C₂H₂) nude značajne prednosti kao prekursori za ugljične nanocijevi (CNT) u metodama hemijskog taloženja iz pare (CVD), uglavnom u sljedećim aspektima:
1. Visok sadržaj ugljika i efikasnost pucanja
- Visok omjer ugljika-prema-vodoniku: plinovi poput metana (CH₄) imaju visok atomski omjer-prema-vodonika, efikasno oslobađajući atome ugljika tokom pirolize, što rezultira visokim prinosom ugljika.
- Umjerena temperatura pucanja: U CVD procesu (700-1000 stepeni), ugljovodonični gasovi se mogu razbiti na površini katalizatora, direktno generirajući atome ugljika za rast CNT-a sa malo nusproizvoda (uglavnom vodonika).
2. Jaka kontrola procesa
- Jednostavna kontrola brzine protoka i koncentracije gasa: Podešavanjem omjera ugljovodoničnog gasa i gasa nosača (npr. H₂, Ar), brzina dovoda ugljenika se može precizno kontrolisati, čime se utiče na prečnik, broj zidova i brzinu rasta CNT-a.
- Široki prozor rasta: Različiti ugljovodonični gasovi (npr. metan je stabilan, etilen je visoko reaktivan) su pogodni za rast različitih tipova CNT-a (jednostruki -zidni/više-zidni).
3. Sinergistički efekat katalizatora
- Redukcija i aktivacija katalizatora: Atomi vodika koji nastaju prilikom krekinga ugljikovodičnih plinova održavaju reducirano stanje katalizatora prijelaznih metala (npr. Fe, Co, Ni), sprječavajući njihovu oksidaciju i deaktivaciju.
- Umjerena rastvorljivost ugljika: Prezasićenje ugljika u česticama katalizatora promoviše način rasta vrha ili baze CNT-a.
4. Čistoća i kvaliteta proizvoda
- Nekoliko nusproizvoda: Krekiranjem se uglavnom proizvodi ugljik i vodonik, minimizirajući proizvodnju nečistoća kao što je amorfni ugljik (ako je omjer pravilno kontroliran).
- Manje strukturnih defekata: u poređenju sa izvorima ugljika-koji sadrže kisik (kao što je etanol), ugljikovodični plinovi smanjuju defekte uzrokovane nečistoćama kisika, pogodujući rastu visoko kristalnih CNT-a.
5. Ekonomski i sigurnosni aspekti
- Niža cijena: Metan i acetilen su petrohemijski nusproizvodi, široko dostupni i relativno jeftini.
- Kontrolisana sigurnost: Protok i pritisak gasa se lako prate u CVD procesu, a emisije gasova staklene bašte su relativno niske (ako je metan potpuno krekiran, glavni nusprodukt je vodonik).
6. Prilagodljivost aplikacije
- Pogodno za industrijsku masovnu proizvodnju: visoko fluidne gasovite sirovine se lako unose u kontinuitet, što ih čini pogodnim za veliku-opremu za proizvodnju kao što je CVD sa fluidiziranim slojem.
- Može se koristiti u kombinaciji s drugim plinovima: Na primjer, dodavanje male količine vodonika može potisnuti stvaranje amorfnog ugljika, a dodavanje male količine vodene pare može očistiti površinu katalizatora (CVD uz pomoć kisika-).
