Tìm hiểu về carbon nanotubes và những ứng dụng

Carbon là một nguyên tố phổ biến trong lớp vỏ trái đất. Trong tự nhiên, carbon tồn tại chủ yếu dưới ba dạng thù hình là: dạng vô định hình, dạng tinh thể graphite và dạng tinh thể kim cương. Năm 1985, người ta phát hiện ra còn có một dạng nữa của carbon và đặt tên là fullerene. Ở dạng này, các nguyên tử carbon liên kết với nhau thành những phân tử lớn có dạng hình đa diện như quả bóng đá, các mặt của đa diện là các hình 6 cạnh hoặc 5 cạnh mà đỉnh của chúng là các nguyên tử carbon. Năm 1991 lại xảy ra một bất ngờ lớn nữa: Tiến sĩ Sumio Iijima một nhà khoa học Nhật Bản trong khi quan sát kỹ bột than để tìm fullerene đã phát hiện ra một dạng tinh thể kỳ lạ hơn của carbon, đó là các ống nano carbon (Tiếng anh: carbon nanotubes CNTs). Mới nhìn dưới kính hiển vi điện tử thì đó là những ống rỗng dài và thẳng với đường kính chỉ vài nanometer, trong khi chiều dài có thể đến vài trăm micrometer.1 Tìm hiểu kỹ về mặt cấu trúc, ống nano carbon có dạng hình trụ, bên trong rỗng, thành ống như một lá graphite cuộn tròn, hai đầu ống là hai nửa quả bóng fullerene úp lại. Có 2 loại ống nano carbon chính: ống nano carbon đơn lớp (SWCNTs – single wall carbon nanotubes) và ống nano carbon đa lớp (MWCNTs – multi wall carbon nanotubes). Với cấu trúc tinh thể đặc biệt, ống nano carbon có nhiều tính chất đặc biệt như: độ dẫn điện thay đổi theo cấu trúc và kích thước của ống, độ bền kéo cao, khả năng dẫn nhiệt tốt, diện tích bề mặt lớn, có khả năng phát xạ điện tử ở điện trường thấp ứng với mật độ dòng phát xạ lớn. Những tính chất trên làm cho chúng có khả năng hữu dụng cao trong rất nhiều ứng dụng của công nghệ nano, y học, môi trường, vật liệu học, công nghiệp điện tử, quang học và một số ngành khoa học khác. Tất cả các dạng cấu trúc của ống nano carbon đều do các nguyên tử carbon tự sắp xếp để hình thành. Để có ống nano carbon, vấn đề là phải tạo được những điều kiện hoá lý sao cho các nguyên tử carbon tự sắp xếp, liên kết lại thành một ống nano carbon.

Tuy có nhiều cố gắng để hoàn thành đồ án này những do kiến thức và thời gian

có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng gópcủa quý thầy cô và các bạn để đồ án này hoàn chỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Sơ lược về ống nano carbon

Carbon là một nguyên tố phổ biến trong lớp vỏ trái đất Trong tự nhiên, carbontồn tại chủ yếu dưới ba dạng thù hình là: dạng vô định hình, dạng tinh thể graphite vàdạng tinh thể kim cương Năm 1985, người ta phát hiện ra còn có một dạng nữa củacarbon và đặt tên là fullerene Ở dạng này, các nguyên tử carbon liên kết với nhauthành những phân tử lớn có dạng hình đa diện như quả bóng đá, các mặt của đa diện làcác hình 6 cạnh hoặc 5 cạnh mà đỉnh của chúng là các nguyên tử carbon Năm 1991 lạixảy ra một bất ngờ lớn nữa: Tiến sĩ Sumio Iijima một nhà khoa học Nhật Bản trongkhi quan sát kỹ bột than để tìm fullerene đã phát hiện ra một dạng tinh thể kỳ lạ hơncủa carbon, đó là các ống nano carbon (Tiếng anh: carbon nanotubes - CNTs) Mớinhìn dưới kính hiển vi điện tử thì đó là những ống rỗng dài và thẳng với đường kínhchỉ vài nanometer, trong khi chiều dài có thể đến vài trăm micrometer.1

Tìm hiểu kỹ về mặt cấu trúc, ống nano carbon có dạng hình trụ, bên trong rỗng,thành ống như một lá graphite cuộn tròn, hai đầu ống là hai nửa quả bóng fullerene úplại Có 2 loại ống nano carbon chính: ống nano carbon đơn lớp (SWCNTs – singlewall carbon nanotubes) và ống nano carbon đa lớp (MWCNTs – multi wall carbonnanotubes)

Với cấu trúc tinh thể đặc biệt, ống nano carbon có nhiều tính chất đặc biệt như:

độ dẫn điện thay đổi theo cấu trúc và kích thước của ống, độ bền kéo cao, khả năngdẫn nhiệt tốt, diện tích bề mặt lớn, có khả năng phát xạ điện tử ở điện trường thấp ứngvới mật độ dòng phát xạ lớn Những tính chất trên làm cho chúng có khả năng hữudụng cao trong rất nhiều ứng dụng của công nghệ nano, y học, môi trường, vật liệuhọc, công nghiệp điện tử, quang học và một số ngành khoa học khác

Tất cả các dạng cấu trúc của ống nano carbon đều do các nguyên tử carbon tựsắp xếp để hình thành Để có ống nano carbon, vấn đề là phải tạo được những điềukiện hoá lý sao cho các nguyên tử carbon tự sắp xếp, liên kết lại thành một ống nanocarbon

Hình 1 Các dạng thù hình phổ biến của carbon: (a) Kim cương, (b) Than chì, (c) Lonsdaleite, (d)

C60, (e) C540, (f) C70, (g) Carbon vô định hình, (h) Ống nano carbon.

1.2 Cấu trúc

1.2.1 Cấu trúc chung

Ống nano carbon có cấu trúc giống như lớp mạng graphene (tấm than chì độdày một nguyên tử) cuộn lại thành một hình trụ rỗng và được khép kín ở mỗi đầu bởimột bán cầu có cấu trúc buckyball Tùy theo hướng cuộn, số lớp mạng graphene màống nano carbon được phân thành các loại khác nhau Tên của ống nano carbon đượcđặt theo hình dạng, kích thước của nó (đường kính của ống nano carbon vào cỡ vàinanometer, xấp xỉ nhỏ hơn 50.000 lần một sợi tóc), trong khi độ dài của chúng tới vàitrăm micrometer và trong điều kiện thí nghiệm thích nghi độ dài của chúng có thể lênđến vài milimeter.2

Bản chất của liên kết trong ống nano carbon được giải thích bởi hóa học lượng

tử, cụ thể là sự xen phủ orbital Các cấu trúc mạng tinh thể của graphene trong khônggian thực bao gồm sự sắp xếp của các nguyên tử carbon hình lục giác như hình 1-2(a).Một nguyên tử carbon ở trạng thái kích thích có bốn electron hóa trị ở một orbital 2s

và ba orbital 2p Trong quá trình hình thành tấm graphene, ba orbitan nguyên tử củacác nguyên tử carbon: 2s, 2px và 2py lai hóa với nhau tạo thành ba orbitan sp2 Các

còn lại vuông góc với mặt phẳng của graphene như hình 1-2(b) Liên kết hóa học củacác ống nano carbon được cấu tạo hoàn toàn bởi các liên kết sp2, tương tự với than chì.Các ống nano carbon thông thường tự sắp xếp thành các “sợi dây thừng” được giữ vớinhau bởi lực Van der Waals.3

Hình 2 (a) Cấu trúc lục giác của tấm graphene, (b) Cấu trúc orbital của graphene 4

1.2.2 Ống nano carbon đơn vách

Phần lớn các ống nano đơn vách có đường kính gần 1 nanometer, với độ dàiđường ống có thể gấp hàng nghìn lần như vậy Cấu trúc của một ống nano carbon đơnvách có thể được hình dung là cuộn một tấm graphene thành một hình trụ liền mạch

Cách đặt tên ống nano (n,m) có thể tưởng tượng như một vector C h trong một tấmgraphene vô hạn mà mô tả cách “cuộn” tấm graphene đó để tạo ống nano carbon

Vector C h được định nghĩa bằng công thức:

Trong đó: , là vector đơn vị dọc theo hai hướng trong lưới tinh thể hình tổ ong của

graphene và n, m là giá trị của các vector đơn vị đó Nếu m=0, ống nano được gọi là

“zigzag” Nếu n=m, ống nano được gọi là “armchair” Nếu không, chúng được gọi là

“chiral”

Hình 3 Cuộn tấm graphene theo những hướng khác nhau 1.2.3 Ống nano carbon đa vách

Hình 4 Cấu trúc (a) Đơn vách, (b) Hai vách, (c) Đa vách của ống nano carbon

MWCNTs gồm hai hay nhiều lớp graphene cuộn lên nhau để tạo thành mộthình trụ liền mạch Ống nano carbon hai vách - DWCNTs được coi là một loại đặc biệtcủa MWCNTs khi nó chỉ có hai tấm graphene đồng tâm cuộn lên nhau Có thể mô tảcấu trúc MWCNTs theo 2 kiểu:

- Russian doll: gồm những tấm graphene được xếp theo hình trụ đồng tâm

- Parchment: 1 tấm graphene đơn được cuộn quanh chính nó

Khoảng cách giữa các lớp MWCNTs gần bằng khoảng cách giữa các lớp

graphene của graphite, xấp xỉ 0,34 nanometer

1.3 Tính chất

1.3.1 Tính chất cơ

Ống nano carbon là vật liệu cứng nhất và bền nhất xét về phương diện độ bềnkéo và module đàn hồi tương ứng Độ bền này có được là do liên kết cộng hóa trị củacác orbital lai hóa sp2 được hình thành giữa các nguyên tử carbon Năm 2000, ốngnano carbon đa vách đã được kiểm tra và có được kết quả độ bền kéo là 63 GPa – tức

là có khả năng chịu được 6300 kg trên diện tích mặt cắt ngang là 1mm2 Với loại ốngnano carbon có mật độ thấp 1,3 -1,4 g.cm-3(siêu nhẹ), thì độ bền riêng lớn nhất hiệnnay lên tới 48.000 kN.m.kg-1- so với độ bền của thép carbon chất lượng cao là 154kN.m.kg-1

Khi chịu ứng suất kéo quá mức, ống nano carbon bị biến dạng dẻo CNTs gầnnhư ít bền nén, bởi vì cấu trúc rỗng và có hệ số co cao, nên nó thường có khuynhhướng bị oằn khi chịu ứng suất nén, xoắn hay uốn Dựa vào cấu trúc hình học và cáckiểm tra chính xác, ống nano carbon theo phương bán kính mềm hơn so với phươngtrục dọc.3

Bảng 1 So sánh các tính chất cơ học của CNTs với các cấu trúc khác nhau 3

Vật liệu Suất Young (GPa) Độ bền kéo

(GPa)

Mật độ khối lượng (g/cm 3 )

Trong bảng 1.1, so với thép, suất Young của CNTs gấp khoảng 5 đến 6 lần và

độ bền kéo gấp 375 lần Trong khi đó, khối lượng riêng của CNTs nhẹ hơn tới 3 hoặc

6 lần so với thép Điều này chứng tỏ rằng CNTs có các đặc tính cơ học rất tốt, bền vànhẹ, thích hợp cho việc gia cường vào vật liệu composite như cao su, polymer, để tăngcường độ bền, khả năng chịu mài mòn và ma sát cho các vật liệu này

1.3.2 Tính chất điện

Tính dẫn điện của CNTs phụ thuộc mạnh vào cấu trúc của ống Tùy thuộc vào

cặp chỉ số (n,m) mà độ dẫn của CNTs có thể là bán dẫn hay kim loại Cơ học lượng tử

chỉ ra độ dẫn của mạng graphene là nằm giữa bán dẫn và kim loại Tuy nhiên, khiđược cuộn lại thành ống, các liên kết C-C vuông góc với trục ống được hình thành,dẫn đến cấu trúc điện tử của một số loại CNTs giống như của kim loại dẫn điện tốt như

Cu, Au Các cách cuộn khác nhau của mạng graphene tạo ra ống với khe năng lượngnhỏ hoặc bằng 0 Do đó, độ dẫn của CNTs tương ứng là bán dẫn hoặc kim loại.5

Bảng 2 Phân loại đặc trưng dẫn của một số loại CNTs 5

Cấu trúc của

Đặc tính dẫn điện

1.3.3 Tính chất nhiệt

Các ống nano carbon dẫn nhiệt rất tốt theo phương dọc trục, được biết đến nhưtính chất dẫn nhiệt theo một hướng, nhưng cách nhiệt tốt theo phương vuông góc vớitrục ống Có thể dự đoán được rằng ống nano carbon có thể truyền tới 6000 W.m-1

.K-1

ở nhiệt độ phòng trong khi đồng chỉ truyền được 385 W.m-1

.K-1 Nhiệt độ ổn định củaống nano carbon lên tới 2800 oC trong chân không và 750 oC trong không khí.5

1.3.4 Tính chất hóa học

CNTs hoạt động hóa học tương đối mạnh do có thể chức năng hóa bề mặt củaống bằng cách oxy hóa chúng hoặc gắn kết với các phân tử hoạt động khác Các

nghiên cứu cũngchỉ ra rằng, CNTs

có đường kínhcàng nhỏ thì hoạtđộng hóa học càng mạnh, song hiện tượng tụ đám càng nhiều Đó là ảnh hưởng củahiệu ứng kích thước và hiệu ứng bề mặt xảy ra với các vật liệu nano

Hình 5 Phản ứng oxy hóa của CNTs 1.3.5 Tính chất phát xạ điện tử trường

Sự phát xạ điện trường là quá trình phát xạ điện tử từ bề mặt của một pha rắnvào chân không, dưới tác dụng của một điện trường tĩnh (khoảng 108 V.cm-1) Khi ápmột điện trường đủ lớn, các điện tử tại bề mặt xuyên hầm qua hàng rào thế và thoát rangoài Với CNTs, do tỷ lệ chiều dài trên đường kính lớn (hơn 1000 lần), cấu trúc dạngtip, độ ổn định hóa, nhiệt cao và độ dẫn nhiệt, dẫn điện cũng rất cao nên khả năng phát

xạ điện tử là rất cao, ngay ở điện thế thấp

Với dạng tip như CNTs thì:

Với E ~ 108 V.cm-1, Rtip ~ 1 nm, α ~ 10 thì V ~ 10 V Tức là, với điện thếkhoảng 10 V thì các ống nano carbon đã có thể phát xạ điện tử Đây là một thuận lợilớn của vật liệu CNTs.6

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP

2.1 Phương pháp hồ quang điện

Phương pháp hồ quang điện đầu tiên được dùng để tạo ra C60 (fulleren), làphương pháp phổ biến và rẻ tiền để tạo ra ống nano carbon Tuy nhiên, phương phápnày đòi hỏi phải tách ống nano từ muội than và các kim loại xúc tác sau khi nó đượctạo ra

Phương pháp này tạo ra các ống nano carbon thông qua sự hóa hơi (dưới tácdụng của hồ quang điện) của hai điện cực làm bằng carbon đặt đối diện nhau, cáchnhau 1 mm trong môi trường khí trơ dưới áp suất 50 – 70 mbar Một dòng điện cócường độ 50 – 100 A được tạo ra dưới điện áp 20 V sinh ra sự phóng điện hồ quangnhiệt độ cao giữa hai điện cực carbon Luồng hồ quang này làm hóa hơi một trong haiđiện cực carbon và lắng đọng trên điện cực còn lại thành những ống nano carbon.Những phát minh gần đây cho thấy có thể tạo ra ống nano carbon bằng phương pháp

hồ quang điện trong môi trường nitrogen lỏng.7

Sự phân bố kích thước ống nano carbon phụ thuộc vào khả năng dẫn điện vàkhuếch tán nhiệt của hỗn hợp khí trơ, nhiệt độ plasma hóa, tốc độ làm lạnh nguyên tửcarbon

Hiệu suất tổng hợp CNTs phụ thuộc vào độ ổn định của môi trường plasmagiữa hai điện cực, mật độ dòng, áp suất khí trơ, cấu hình của điện cực, buồng chânkhông và một số yếu tố khác

Tùy theo dụng cụ và phương thức tạo ra hồ quang điện, người ta có thể chế tạọ

ra SWCNTs hay MWCNTs

Hình 6 Hệ tạo CNTs bằng phương pháp hồ quang điện

Với điện cực là carbon có xúc tác ta thu được SWCNTs Các xúc tác là các hạtkim loại có kích thước nano, thường là Fe, Co hay Ni Các xúc tác này được đưa vàoanode để tạo mầm cho sự hình thành ống nano carbon Thường thì kích thước ống vàokhoảng 1,2 - 1,4 nm Số lượng và chất lượng của những ống nano carbon tạo thànhđược kiểm soát thông qua việc điều chỉnh các yếu tố như khí trơ, plasma, hình dạngcathode.7

Hình 7 Hệ tạo SWCNTs bằng hồ quang điện có xúc tác

Hình 8 Sơ đồ biểu diễn các bước tăng trưởng cơ bản của SWCNT trên hạt xúc tác

(a) Cơ chế mọc từ đáy, (b) Cơ chế mọc từ đỉnh

Khi cả hai điện cực đều là graphite và không có xúc tác kim loại, sản phẩmchính sẽ là MWCNTs Nhưng bên cạnh đó còn có các sản phẩm phụ: fulleren, carbon

vô định hình và graphite tấm Kích cỡ thông thường của MWCNTs là: đường kínhtrong từ 1 đến 3 nm, đường kính ngoài khoảng 10 nm, chiều dài không vượt quá 1

ra bám trên bề mặt anode và được sắp xếp không theo một quy tắc nhất định vì dòngchuyển động là không đồng nhất và điện trường là không thuần nhất Từ kết quả trên

ta thấy mật độ hơi carbon và nhiệt độ không đồng nhất, hạt nano carbon và tạp bẩnluôn tồn tại cùng với ống nano carbon Để giải quyết vấn đề này, người ta đã tạo ra hệ

hồ quang mới với nhiều ưu thế mới và hiệu quả cao Hệ phóng điện hồ quang truyềnthống được phát triển thành phương pháp hồ quang plasma quay trong chế tạo CNTskhối lượng lớn

Hình 9 Hệ phóng điện hồ quang bằng plasma quay

Lực ly tâm gây ra bởi sự quay tạo ra sự hỗn loạn và kích thích carbon bốc hơitheo hướng thẳng góc với anode Thêm vào đó, sự quay làm phân tán luồng hồ quangmột cách đồng đều, tạo ra plasma ổn định đồng thời làm tăng thể tích và nhiệt độ củaplasma Hệ quả là ống nano carbon thu được tăng lên về chất lượng và số lượng

Ở tốc độ quay 5000 vòng/phút, có thể tạo được MWCNTs với tỉ lệ 60% ở nhiệt

độ 1025 oC Tỉ lệ tăng lên đến 90% sau khi làm sạch nếu như tốc độ quay tăng lên vànhiệt độ là 1150 oC.7

2.2 Phương pháp cắt bằng tia laser

Năm 1996, nhóm của Smalley ở Đại học Rice đã tổng hợp được SWCNTs bằngcách cho bay hơi bằng laser Dòng laser dạng xung hay dạng liên tục để làm bốc hơitấm graphite trong thùng điều nhiệt ở 1200 oC Sự khác biệt chính của dòng laser ngắtquãng dạng xung và liên tục là dòng xung đòi hỏi cường độ ánh sáng mạnh hơn (100kW.m-2 so với 12 kW.m-2) Thùng điều nhiệt được bơm đầy khí helium hoặc khí argon

để giữ áp suất ở 500 Torr Cách tốt nhất là đốt nóng lên để làm bay hơi, cho giãn nở rarồi làm lạnh nhanh chóng Khi đó, các nguyên tử carbon sẽ ngưng tụ thành bó sợi tohơn trong đó có thể có thể bao gồm các rãnh Các chất xúc tác cũng bắt đầu ngưng tụnhưng lúc đầu chậm hơn và bám dính vào các cụm carbon, không cho chúng trở lạicấu trúc dạng cầu Chất xúc tác còn mở các cấu trúc cầu ra khi chúng bám vào các cấutrúc này Từ bó sợi ban đầu, các phân tử dạng ống phát triển dần tạo thành từng lớpriêng lẻ các ống nano carbon cho đến khi các hạt xúc tác trở nên quá lớn hoặc khi sự

làm lạnh đã đạt độ ổn định, carbon không thể khuếch tán xuyên qua hoặc lên trên bềmặt của hạt xúc tác nữa Cũng có thể là do các hạt xúc tác bị phủ một lớp carbon trên

bề mặt làm cho chúng không thể hấp thụ thêm được nữa và ống nano carbon khôngphát triển nữa Các SWCNTs liên kết với nhau bằng lực Van der Waals.3

Hình 10 Hệ tạo CNTs bằng phương pháp cắt bằng tia laser

Về nguyên tắc, phóng điện hồ quang và cắt đốt bằng laser là hai phương pháptương tự nhau, vì cả hai có điều kiện phản ứng cần thiết và cơ chế phản ứng gần giốngnhau như: đều sử dụng tấm graphite có xúc tác kim loại (anode) để sản xuất SWCNTs,

và tấm graphite tinh khiết khi sản xuất MWCNTs Tuy nhiên, chiều dài của MWCNTssản xuất thông qua cắt đốt bằng laser là ngắn hơn nhiều so với sản xuất bằng phươngpháp phóng điện hồ quang Vì vậy, phương pháp này có thể không thích hợp cho sựtổng hợp của MWCNTs

Phương pháp cho bay hơi bằng tia laser có hiệu suất cao hơn trong việc tổnghợp SWCNTs, các ống nano có tính chất tốt hơn và đạt kích cỡ nhỏ hơn so với việctổng hợp bằng hồ quang điện Phương pháp này cũng có ưu điểm là độ tinh khiết caođạt đến 90% Hỗn hợp xúc tác Ni/Y (tỉ lệ 4,2:1) cho hiệu suất tổng hợp cao nhất.3

Hình 11 Ảnh TEM của một bó SWCNTs dùng xúc tác Ni/Y với tỉ lệ 2:0,5 bằng phương pháp

laser liên tục

Sự phân bố đường kính của SWNTs thực hiện bằng phương pháp này là khoảnggiữa 1 đến 2 nm Dùng hệ xúc tác Ni/Co với dòng laser dạng xung ở 1470 oC cho raSWCNTs bán kính 1,3 – 1,4 nm Dùng xúc tác Ni/Y tỉ lệ 2:0,5 với dòng laser liên tục

ở 1200 oC cho hiệu suất 20 – 30% với đường kính 1,4 nm.3

Phương pháp này có lợi ích kinh tế chưa cao so với phương pháp phóng điện hồquang vì yêu cầu nguồn laser công suất lớn, điện cực graphite có độ tinh khiết cao,…Tuy nhiên, nó vẫn là hướng đi có nhiều triển vọng do các ống nano carbon sản xuất từphương pháp này có chất lượng tốt nên các nhà khoa học cố gắng mở rộng hơn nữaquy mô tổng hợp SWCNTs

2.2.1 Phương pháp dùng điện cực laser tự do với xung cực nhanh

Dòng xung laser với xung trong hệ Nd:YAG có độ rộng khoảng 10 nano giây.Trong hệ FEL này người ta sử dụng xung rộng khoảng 400 fs Tần số lặp của xungtăng cực nhanh từ 10 Hz đến 75 MHz Để cung cấp cho chùm tia năng lượng tươngđương như xung hệ Nd:YAG thì các xung phải được hội tụ lại Cường độ của bó lasersau khi qua thấu kính hội tụ đạt 5.1011 W.cm-2, cao gấp 1000 lần cường độ từ hệNd:YAG

Dòng khí argon ở 1000 oC được dùng với mục đích làm nóng sơ bộ sau khi quamột đầu phun thì đến rất gần với cụm graphite đang quay có xúc tác bám trên đó Khíargon làm chùm laser cắt lệch đi một góc 90o so với hướng tới của dòng FEL, đánh bật

hơi carbon ra khỏi phần phía trước của cụm Và sản phẩm SWCNTs thu được trongmột ống làm lạnh Quy trình đó được mô tả trong hình 3.7.

Hình 12 Hệ thống thiết bị của phương pháp dùng xung laser siêu nhanh 3

Hiệu suất lúc này là 1,5 g.h-1, khoảng 20% năng lượng tối đa của FEL chưanâng cấp Nếu FEL được nâng cấp năng lượng đầy đủ và làm việc với 100% nănglượng đó thì lúc này hiệu suất không còn bị giới hạn bởi năng lượng của tia laser nữa

và có thể đạt đến 45%

Với phương pháp này, hiệu suất tối ưu của các loại laser hiện nay là 45 g.h-1,với xúc tác là hệ Ni/Co hay Ni/Y, trong môi trường khí argon ở 1000 oC với bước sóngkhoảng 3000 nm SWCNTs tạo thành ở dạng bó với bề rộng từ 8 – 200 nm và chiềudài 5 – 20 microns với đường kính từng sợi trong bó từ 1 – 1,4 nm

2.2.2 Phương pháp dùng sóng laser liên tục

Phương pháp này dựa trên sự cắt laser của hỗn hợp trộn lẫn của graphite vớixúc tác là bột kim loại bằng sóng laser CO2 liên tục 2 kW trong dòng argon haynitrogen Nhờ đưa vào dạng bột nhuyễn kích cỡ micrometer nên sự tổn thất do truyềnnhiệt giảm đáng kể so với việc dùng laser đốt nóng các khối graphite rắn ở dạng cocụm Từ đó, việc hấp thụ năng lượng laser lên các vật liệu dạng hơi cũng hiệu quả hơn

Sự lắp đặt các bộ phận thiết bị laser được miêu tả trong hình 3.8.8