Phƣơng pháp lắng đọng pha hơi hóa học
Lắng đọng pha hơi hóa học (CVD) là một trong những phương pháp chế tạo CNTs phổ biến nhất. CVD có rất nhiều điểm khác so với phương pháp phóng điện hồ quang và phương pháp bốc bay bằng laser. Phóng điện hồ quang và bốc bay bằng laser là hai phương pháp thuộc nhóm nhiệt độ cao (>3000K, thời gian phản ứng ngắn (µs - ms), cịn phương pháp CVD lại có nhiệt độ trung bình (700 - 1473K) và thời gian phản ứng dài tính bằng phút cho đến hàng giờ. Mặt hạn chế chính của phương pháp phóng điện hồ quang và phương pháp bốc bay bằng laser là: sản phẩm CNTs được tạo ra không đồng đều, sắp xếp hỗn độn, không theo một quy tắc cho trước hoặc định hướng trên bề mặt. Hiện nay, có nhiều phương pháp CVD sử dụng các nguồn năng lượng khác nhau để tổng hợp CNTs, ví dụ như: phương pháp CVD nhiệt, phương pháp CVD tăng cường plasma, phương pháp CVD xúc tác alcohol, phương pháp CVD có laser hỗ trợ, v.v…
Hệ CVD nhiệt có cấu tạo gồm một ống thạch anh được bao quanh bởi một lị nhiệt (hình 1.18). Bản chất và hiệu suất tổng hợp của tiền chất trong các phản ứng bị ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố khác nhau như bản chất tự nhiên của xúc tác kim loại và tác dụng của các chất xúc tác này, nguồn hydrocacbon, tốc độ khí, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng v.v… Hầu hết phương pháp CVD nhiệt thường được dùng để chế tạo MWCNTs với nguồn hydrocacbon thường dùng là axetylene (C2H2) hoặc ethylene (C2H4) và các hạt nano Fe, Ni, Co như là các chất xúc tác. Nhiệt độ mọc CNTs thông thường nằm trong dải nhiệt độ 500 - 900oC. Ở dải nhiệt độ này các hydrocacbon phân tách thành cacbon và hydro. Cacbon lắng đọng trên các hạt nano kim loại và khuếch tán vào trong các hạt nano này. Khi lượng cacbon đạt đến giá trị bão hồ thì bắt đầu q trình mọc CNTs. Đường kính của CNTs phụ thuộc vào kích thước của các hạt xúc tác kim loại. Với hạt kim loại xúc tác có kích thước là 13 nm thì đường kính của ống CNTs vào khoảng 30 - 40 nm. Khi kích thước của hạt xúc tác là 27 nm thì đường kính của ống CNTs dao động từ 100 - 200 nm. [30]