更好地了解用于合成碳纳米管的等离子体源

研究人员已经开发出一种洞察力，可以促进微观碳纳米管的生产，这种结构比人的头发细数千倍，用于从微芯片到体育用品再到医药产品的所有领域。能源部 (DOE) 普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL) 的科学家的研究可以确保制造过程尽可能有效地形成纳米管。

这些发现是在等离子体纳米合成 PPPL 实验室工作的科学家最近的研究之一，该实验室开创了低温等离子体研究以改善纳米管和其他纳米粒子的生产。这座拥有 6 年历史的工厂已经积累了稳定的洞察力，可以促进生产。

纳米管的测量单位为十亿分之一米，它们的柔韧性和强度非常出色。原则上，它们的抗拉强度或拉伸时的抗断裂性是相同尺寸长度的钢丝的 100 倍。科学家们正试图增加他们对广泛使用的技术的理解，该技术涉及电产生等离子体，然后用于产生纳米管。

工程师使用称为电弧的电流从称为阳极的正极组件中蒸发碳原子或其他材料。一旦以气体形式出现，释放的原子就可以凝聚成纳米管和其他结构，这些结构可以用来代替计算机芯片中的硅，以提高性能和能源效率。更好的理解可以使生产过程更加可靠并提高纳米管的质量。

PPPL 物理学家制作了一个模型，表明纳米颗粒的形成取决于几个因素。该模型表明，随着电流从低强度过渡到高强度，碳原子的蒸发或烧蚀率也从低强度过渡到高。这一发现很重要，因为研究人员希望在进行实验和为工业制造纳米粒子时以适度而不是快速的速度控制消融。

消融率的关键因素是它依赖于背景氦气，它填充了容纳电极的中空金属腔室内的空间。“这是以前模型忽略的关键因素，”前 PPPL 物理学家 Alexander Khrabry 说，他是应用物理杂志上一篇报告研究结果的论文的主要作者。“气体在烧蚀时捕获碳原子并将它们保持在电极表面附近。然后原子落回电极上。在某些条件下，气体和电极之间的通量足够高以导致快速转变从低消融率到高消融率，这不是我们想要的。”

在相关研究中，科学家们对在消融碳以帮助制造纳米管的电子元件之一上形成热点提出了一种新的解释。科学家们此前曾认为，这些斑点形成于带正电的组件上并干扰纳米管的产生，是由于流向带负电的组件的电流不稳定性造成的，就像闪电从云层流向地面一样。

新的研究表明，热点的形成是因为热量在阳极内传播的方式，这意味着阳极的特性有助于确定热点的形成方式和时间。热点可以减少从阳极表面蒸发的碳原子数量，从而减少产生的纳米管数量。对斑点形成有更深入的了解可以深入了解如何减少或消除它们。

该过程是这样工作的：来自等离子体的热量在阳极内流动并在其表面消散，形成一个高温点。因此，决定热流的阳极特性对于斑点形成和纳米管制造很重要。过去，阳极的作用被忽视了。

更好地理解这些基本过程为未来的进步奠定了基础。

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