بررسی تجربی عوامل موثر بر سنتزِ احتراقیِ نانولوله‌های ‌کربنی در شعلۀ لایه‌ای، پخشی و جریان‌موازیِ متان/ هوا

سنتزِ احتراقیِ نانولوله‌های کربنی، به‌دلیل ایجاد خودکارِ گرما و مولکول‌های سازندۀ نانولوله‌ها و صرفۀ اقتصادی، برای کاربرد در مقیاس صنعتی مناسب است. در این پژوهش، عوامل موثر بر سنتزِ احتراقیِ نانو‍‌لوله‌های‌کربنی در شعله‌های پخشیِ لایه‌ای و جریان‌موازیِ متان/هوا به‌صورت تجربی بررسی شده‌‌است. این عوامل عبارت‌اند از: محل و مدت‌زمان قرار‌گیریِ کاتالیست در شعله، جنس کاتالیست، ولتاژ الکتریکیِ اعمال‌شده به کاتالیست، و مدت‌زمان اسیدشویی. نانولوله‌ها فقط در فاصله‌ای برابر دودَهمِ ارتفاع شعله از خروجیِ مشعل و دور از محل تشکیلِ ترکیباتِ سنگینِ کربنی رشد می‌کنند. مناسب‌ترین مدت‌زمانِ اسید‌شویی حدود 3 دقیقه است. بیشترین رشد با کاتالیست نیکروم 80-20 حاصل می‌شود. اعمال ولتاژ تراکم و طول نانو‌لوله‌ها را کاهش می‌دهد. کاهش تراکم رشد با افزایش مدت‌زمان قرار‌دهیِ کاتالیست در شعله جبران می‌شود. اعمال ولتاژ قطر نانولوله‌ها را کمتر، توزیع قطر‌ را یکنواخت‌تر، و نانولوله‌ها را کشیده‌تر می‌کند. بدون ولتاژ، میانگین قطر نانولوله‌ها 186 نانومتر و انحراف معیار آن 31 نانومتر است. ولتاژِ 5- ولت قطر نانولوله‌ها را 20% کمتر و انحراف معیار قطر نانولوله‌ها را 50% کمتر می‌کند. با افزایش ولتاژ به 10- ولت، قطر نانولوله‌ها 30% دیگر نیز کاهش می‌یابد.

experimental investigation of parameters affecting the combustion synthesis of carbon nanotubes in a laminar coflow methane/air diffusion flame

combustion synthesis of carbon nanotubes (cnts) is suitable for industrial-scale cnt production, because flames automaticallygenerate the required heat and precursor species in a cost-effectively way. in this research, the important parameters affecting the combustion synthesis of cnts in a laminar coflow methane/air diffusion flame are experimentally investigated. these parameters are the location and duration of catalyst exposure to flame, catalyst material electric voltage, and acid-washing duration. the results show that cnt growth occurs at a height equal to two-tenth of the visible flame height, far from locations where soot and heavy hydrocarbon species form. three minutes of acid-washing the catalysts results in the densest growth of cnts. nichrome 80/20 wire provided the highest growth density. applying an electric voltage reduces the density and length of nanotubes. increasing the duration of catalysts’ exposure to flame improves growth density. applying voltage results in the formation of straight and upright nanotubes, and reduces the mean and the standard deviation of nanotube diameters. without an electric voltage, the mean diameterof the cnts is 186 nm, with a standard deviation of 31 nm. applying -5 v reduces the mean diameter of cnts by 20% and their standard deviation by more than 50%. increasing the voltage to -10 v further reduces the mean diameter by over 30%.