কার্বন ন্যানোটিউবগুলির জন্য প্রস্তুতির পদ্ধতিগুলি কী কী?

1. কিভাবে কার্বন ন্যানোটিউব "বড়" হয়?

কার্বন ন্যানোটিউব মাটি থেকে খনন করা হয় না; তারা পরীক্ষাগারে "বড়" হয়। কার্বন পরমাণু নির্দিষ্ট উপায়ে পুনর্বিন্যাস করে, ফাঁপা নলাকার কাঠামোতে কুঁকড়ে যায়-একটি প্রক্রিয়া যা গ্রাফিন কাগজের একটি শীটকে একটি খড়ের মধ্যে ঘূর্ণায়মান করে।

1991 সালে তাদের আবিষ্কারের পর থেকে, বিজ্ঞানীরা এই "সুপার উপাদান" প্রস্তুত করার জন্য বিভিন্ন পদ্ধতি তৈরি করেছেন। এর মধ্যে, আর্ক ডিসচার্জ পদ্ধতি, লেজার অ্যাবলেশন পদ্ধতি এবং রাসায়নিক বাষ্প জমা (সিভিডি) পদ্ধতি হল তিনটি মূলধারার পদ্ধতি। এই নিবন্ধটি প্রতিটি পদ্ধতি-কিভাবে কাজ করে, তাদের নিজ নিজ সুবিধা এবং অসুবিধা, এবং কোনটি শিল্প উৎপাদনের জন্য বেশি উপযুক্ত তা নিয়ে আলোচনা করে।

2. তিনটি মূলধারার প্রস্তুতির পদ্ধতির বিস্তারিত ব্যাখ্যা

2.1 আর্ক ডিসচার্জ পদ্ধতি: "সবচেয়ে ঐতিহ্যবাহী" পদ্ধতি

আর্ক ডিসচার্জ পদ্ধতিটি ছিল প্রথম পদ্ধতি যা সিএনটি আবিষ্কার করতে ব্যবহৃত হয় এবং এটিকে "প্রবীণ" প্রযুক্তি হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে।

এটা কিভাবে কাজ করে?
একটি নিষ্ক্রিয় গ্যাস (সাধারণত হিলিয়াম বা আর্গন) একটি চুল্লিতে প্রবর্তন করা হয় এবং দুটি গ্রাফাইট রড অ্যানোড এবং ক্যাথোড হিসাবে ব্যবহৃত হয়। যখন প্রত্যক্ষ কারেন্ট প্রয়োগ করা হয়, তখন অ্যানোডের গ্রাফাইট উচ্চ তাপমাত্রার দ্বারা বাষ্পীভূত হয় এবং কার্বন পরমাণুগুলি CNT গঠনের জন্য পুনর্বিন্যাস করে, ক্যাথোড পৃষ্ঠ এবং চুল্লির দেয়ালে "সট" হিসাবে জমা হয়।

পণ্যের মধ্যে পার্থক্য:

একাধিক-দেয়ালযুক্ত CNT:সরাসরি বিশুদ্ধ গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোড ব্যবহার করে সংশ্লেষিত করা যেতে পারে।

একক-প্রাচীরযুক্ত CNT:অ্যানোডে লোহা, কোবাল্ট বা নিকেলের মতো ধাতব অনুঘটক যোগ করা প্রয়োজন।

সুবিধা:

উচ্চ পণ্য স্ফটিকতা এবং নিখুঁত গঠন-কিছু দেয়ালের ত্রুটি, উচ্চ মাত্রার গ্রাফিটাইজেশন।

তুলনামূলকভাবে পরিপক্ক প্রযুক্তি, সহজ সরঞ্জাম।

তিনটি পদ্ধতির মধ্যে সেরা পণ্যের গুণমান।

অসুবিধা:

উচ্চ শক্তি খরচ, উচ্চ ভ্যাকুয়াম এবং নির্দিষ্ট তাপমাত্রা শর্ত প্রয়োজন।

কম ফলন; অর্থনৈতিকভাবে বৃদ্ধি করা কঠিন।

পণ্যগুলি প্রচুর পরিমাণে নিরাকার কার্বন, ফুলেরিন এবং অন্যান্য অমেধ্যের সাথে মিশ্রিত হয়, যার জন্য 繁琐 পরিশোধন পদক্ষেপের প্রয়োজন হয়।

ধাতব এবং অর্ধপরিবাহী সিএনটি একসাথে মিশ্রিত হয় এবং আলাদা করা যায় না।

ইলেক্ট্রোড এবং লক্ষ্যগুলির পর্যায়ক্রমিক প্রতিস্থাপন প্রয়োজন।

সারাংশ:ভাল মানের, কিন্তু কম ফলন এবং উচ্চ অমেধ্য; শিল্প বড় আকারের-উৎপাদনের জন্য উপযুক্ত নয়।

2.2 লেজার অ্যাবলেশন পদ্ধতি: সর্বোচ্চ নির্ভুলতা, সর্বনিম্ন ফলন

লেজার অ্যাবলেশন পদ্ধতিটি 1995 সালে গুও এবং সহকর্মীদের দ্বারা প্রথম রিপোর্ট করা হয়েছিল এবং এটি আর্ক ডিসচার্জ পদ্ধতির একটি "আপগ্রেড সংস্করণ" হিসাবে বিবেচিত হতে পারে।

এটা কিভাবে কাজ করে?
একটি উচ্চ-তাপমাত্রায় (800-1500 ডিগ্রি) জড় বায়ুমণ্ডলে, একটি উচ্চ-শক্তি লেজার রশ্মি স্পন্দন একটি কোয়ার্টজ টিউবে বসানো কঠিন গ্রাফাইট লক্ষ্যবস্তুকে বাষ্পীভূত করে। কার্বন পরমাণুগুলি CNT-তে পুনরায় একত্রিত হয়, যা পরে যন্ত্রপাতির ভিতরে কার্বন{5}}ভিত্তিক কালি হিসাবে সংগ্রহ করা হয়।

সুবিধা:

সংশ্লেষিত সিএনটিগুলির উচ্চ কাঠামোগত পরিপূর্ণতা রয়েছে।

MWCNT অমেধ্য ছাড়া SWCNT উত্পাদন করতে পারে।

নির্দিষ্ট chiralities উত্পাদন নিয়ন্ত্রণ করতে পারেন (যেমন, (10,10) CNTs)।

কম নিরাকার কার্বন অমেধ্য উত্পাদন করে।

অসুবিধা:

জটিল এবং ব্যয়বহুল সরঞ্জাম; উচ্চ লেজার খরচ।

অত্যন্ত কম ফলন-প্রতি প্রস্তুতিতে শুধুমাত্র মিলিগ্রাম পরিমাণ।

উচ্চ শক্তি খরচ; উচ্চ তাপমাত্রা এবং চাপ শর্ত প্রয়োজন.

এছাড়াও 后续 পরিশোধন প্রয়োজন অপরিষ্কার সমস্যা আছে.

প্রভাবিত কারণগুলি:লক্ষ্যের রাসায়নিক গঠন, লেজারের শক্তি এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য, এবং সাবস্ট্রেট এবং লক্ষ্যের মধ্যে দূরত্ব সবই পণ্যের ফলন এবং গুণমানকে প্রভাবিত করে।

সারাংশ:সর্বোচ্চ নির্ভুলতা এবং বিশুদ্ধতা, কিন্তু ফলন দুঃখজনকভাবে কম; শুধুমাত্র পরীক্ষাগারে যান্ত্রিক গবেষণার জন্য উপযুক্ত।

2.3 রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD): শিল্পায়নের "ওয়ার্কহরস"

CVD পদ্ধতিটি বর্তমানে শিল্প উৎপাদনের মূলধারার পছন্দ এবং এটি বড় আকারের-উৎপাদন অর্জনের জন্য সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল পদ্ধতি।

এটা কিভাবে কাজ করে?
হাইড্রোকার্বন বা কার্বন-অক্সাইড ধারণকারী (যেমন, মিথেন, অ্যাসিটিলিন, ইথিলিন) একটি উচ্চ-তাপমাত্রার নল চুল্লিতে প্রবর্তন করা হয় যাতে ধাতব অনুঘটক (লোহা, কোবাল্ট, নিকেল, ইত্যাদি) থাকে। গ্যাস অনুঘটক পৃষ্ঠে পচে যায়, এবং কার্বন পরমাণু CNT গঠনের জন্য পুনর্বিন্যাস করে।

সরঞ্জাম প্রকার:অনুভূমিক চুল্লি, ফ্লুইডাইজড বেড রিঅ্যাক্টর, উল্লম্ব চুল্লি ইত্যাদি।

কেন সিভিডি মূলধারায় পরিণত হয়েছে?

নিম্ন তাপমাত্রা:বিক্রিয়া তাপমাত্রা (600-1000 ডিগ্রী) আর্ক ডিসচার্জ এবং লেজার পদ্ধতির তুলনায় অনেক কম (3000 ডিগ্রির উপরে)।

ক্রমাগত উত্পাদন:গ্যাস ক্রমাগত চালু করা হয়, CNTs ক্রমাগত বৃদ্ধি, ক্রমাগত অপারেশন অনুমতি দেয়.

উচ্চ ফলন:একটি একক চুল্লির উৎপাদন ক্ষমতা অন্য দুটি পদ্ধতির থেকে অনেক বেশি।

ভাল নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা:অনুঘটক, তাপমাত্রা এবং গ্যাস প্রবাহের হারের মতো পরামিতিগুলি সামঞ্জস্য করে, সিএনটিগুলির ব্যাস, দৈর্ঘ্য এবং গঠন নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে।

অসুবিধা:

পণ্যের আরো কাঠামোগত ত্রুটি আছে; আর্ক ডিসচার্জ পদ্ধতির মতো গ্রাফিটাইজেশনের ডিগ্রি তত বেশি নয়।

অনুঘটক ধাতু অমেধ্য বজায় রাখতে পারে, পরিশোধন চিকিত্সা প্রয়োজন.

অনুঘটক নির্বাচন গুরুত্বপূর্ণ-অনুঘটক সরাসরি পণ্যের গুণমান এবং ফলন নির্ধারণ করে।

সারাংশ:সিভিডি পদ্ধতি হল শিল্পায়নের জন্য সর্বোত্তম পছন্দ-যদিও বিশুদ্ধতা প্রথম দুটি পদ্ধতির থেকে সামান্য নিকৃষ্ট, ফলন, খরচ এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্যতার ক্ষেত্রে এর ব্যাপক সুবিধা রয়েছে৷

3. তিনটি পদ্ধতির তুলনা সারাংশ

মূল উপসংহার:আর্ক ডিসচার্জ এবং লেজার অ্যাবলেশন পদ্ধতি পরীক্ষাগারে উচ্চমানের নমুনা তৈরির জন্য উপযুক্ত-; CVD পদ্ধতি হল শিল্প বড়-উৎপাদনের জন্য একমাত্র পছন্দ।

4. উন্নত সিভিডি প্রযুক্তি: পরীক্ষাগার থেকে দশ-হাজার-টন স্কেল পর্যন্ত

CVD প্রযুক্তি নিজেই ক্রমাগত বিকশিত হচ্ছে। প্রথাগত থার্মাল সিভিডি ছাড়াও, প্লাজমা-উন্নত CVD (PECVD) এবং মাইক্রোওয়েভ প্লাজমা CVD-এর মতো উন্নত কৌশলগুলি তৈরি করা হয়েছে৷ এগুলি আরও কম তাপমাত্রায় সিএনটি বৃদ্ধি করতে পারে এবং টিউব প্রান্তিককরণ এবং অভিযোজনের উপর আরও সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ সরবরাহ করতে পারে।

চীনা কোম্পানিগুলির দ্বারা সিভিডি শিল্পায়নে অগ্রগতি:

শানডং তানফেং এমন কয়েকটি দেশীয় কোম্পানির মধ্যে একটি যারা গ্যাস-ফেজ পদ্ধতির মাধ্যমে কার্বন ন্যানোম্যাটেরিয়াল তৈরির মূল প্রযুক্তি আয়ত্ত করেছে৷ সম্পূর্ণ স্বয়ংক্রিয় নিয়ন্ত্রণ ব্যবহার করে, পণ্যের ফলন 99% এর বেশি বৃদ্ধি করা হয়েছে। উৎপাদন ক্ষমতা এখন প্রতি বছর 2,000 টন প্রসারিত করা হয়েছে, এটি বিশ্বের বৃহত্তম CNT উৎপাদন ঘাঁটিগুলির মধ্যে একটি করে তুলেছে।

5. নির্মাতাদের সুবিধা: "সক্ষম" থেকে "ব্যবহারে সহজ" সিভিডি প্রযুক্তি তৈরি করা

একজন CNT প্রস্তুতকারক হিসেবে, আমরা CVD প্রযুক্তির পথ বেছে নিয়েছি এবং শিল্পায়নের পর্যায়ে বেশ কিছু কংক্রিট কাজ করেছি:

অনুঘটক নকশা এবং প্রস্তুতির মূল প্রযুক্তি আয়ত্ত করা।CVD পদ্ধতিতে, অনুঘটক হল "আত্মা"-এটি সরাসরি CNT এর ব্যাস, দেয়ালের সংখ্যা এবং ফলন নির্ধারণ করে। আমাদের স্বাধীনভাবে বিকশিত অনুঘটক সিস্টেমের মাধ্যমে, আমরা একটি সংকীর্ণ ব্যাস বন্টন এবং ভাল ব্যাচ-থেকে-ব্যাচের ধারাবাহিকতা সহ, পণ্যের কাঠামোর উপর সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ অর্জন করেছি।

চুল্লি স্কেলিং এর বাধা ভেদ করে-উপর।প্রথাগত CVD চুল্লির একক-একক উৎপাদন ক্ষমতা কম থাকে। একটি দশ-হাজার-টন প্ল্যান্ট তৈরি করতে কয়েক ডজন ইউনিট সমান্তরালভাবে কাজ করতে হবে, উচ্চ বিনিয়োগ এবং কঠিন ব্যবস্থাপনা জড়িত। আমরা একটি তৃতীয়-প্রজন্মের বড়-স্কেল চুল্লির নকশা গ্রহণ করেছি, যেখানে একটি একক ইউনিটের ক্ষমতা প্রথাগত সরঞ্জামের চেয়ে কয়েকগুণ বেশি, যা উল্লেখযোগ্যভাবে শক্তি খরচ এবং শ্রম খরচ কমিয়ে দেয়।

বর্তমানে, আমাদের CNT পণ্যগুলি নতুন শক্তির যানবাহন, উন্নত পলিমার কম্পোজিট, ইলাস্টোমার, মহাকাশ, রেল পরিবহন, বায়ু শক্তি উৎপাদন এবং অন্যান্য ক্ষেত্রের জন্য লিথিয়াম ব্যাটারি পরিবাহী সংযোজনগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। কাঁচামাল থেকে চুল্লি পর্যন্ত, অনুঘটক থেকে বিশুদ্ধকরণ এবং বিচ্ছুরণ পর্যন্ত, আমরা CNT-এর CVD উৎপাদনের জন্য প্রযুক্তির সম্পূর্ণ চেইন আয়ত্ত করেছি, এই "সুপার উপাদান" হাজার হাজার শিল্পে আনতে প্রতিশ্রুতিবদ্ধ।