氣相生長炭纖維（vapor grown carbon fiber）是指低碳烴類或氧化碳等在催化劑作用下，經高溫熱解而生成的纖維狀炭。氣相生長炭纖維就是以低碳烴為原料，用過渡金屬等超微細粒子(催化劑)為晶核，在氫氣及其它含氧氣體中進行熱解析出的纖維狀炭素材料，屬不規則短纖維。雖然早在一百多年前就有人觀察到從氣相烴生長炭纖維的現象，1889年Hugher T.V和Chambers G R在鐵增鍋中熱解甲烷氣體，製備用作電燈燈絲的炭纖維，並獲得美國專利。但直到本世紀五十年代中期才引起人們的廣泛注意，而大量的研究乃是近二十年的事情，主要集中在日本，美國和法國。
基本介紹
- 中文名：氣相生長炭纖維
- 外文名：vapor grown carbon fiber
- 學科：冶金工程
- 領域：能源
- 範圍：冶煉
- 原料：低碳烴
簡介,簡史,氣相生長炭纖維的製備方法,氣相生長炭纖維的生長機理,
簡介
氣相生長炭纖維（vapor grown carbon fiber）是指低碳烴類或氧化碳等在催化劑作用下，經高溫熱解而生成的纖維狀炭。
簡史
氣相生長炭纖維就是以低碳烴為原料，用過渡金屬等超微細粒子(催化劑)為晶核，在氫氣及其它含氧氣體中進行熱解析出的纖維狀炭素材料，屬不規則短纖維。
雖然早在一百多年前就有人觀察到從氣相烴生長炭纖維的現象，1889年Hugher T.V和Chambers G R在鐵增鍋中熱解甲烷氣體，製備用作電燈燈絲的炭纖維，並獲得美國專利。但直到本世紀五十年代中期才引起人們的廣泛注意，而大量的研究乃是近二十年的事情，主要集中在日本，美國和法國。
日本是從事氣相生長炭纖維研究最多的國家信州大學的小山恆夫教授最先研究了這種纖維此外還有長崎大學材料化學研究室、昭和電工公司以及與小山恆夫教授合作的美國麻省理工學院等也進行了氣相生長炭纖維的研究與開發。研究內容包括以烴如:苯或天然氣為原料、氫為載氣，在載有催化劑的基板上或不鏽鋼管內，炭纖維生長條件對氣相生長炭纖維產率和性能的影響，得到了性能良好的氣相生長炭纖維，並通過對其結構分析推測生長機理，提出了不同的生長機理學說在日本又開展了以烴如:苯為主體原料，添加其它化合物，氫氣和其它含氧氣體為載氣，過渡金屬化合物為催化劑，無基極的氣相流動法生長炭纖維的研究研究目標是提高炭纖維產率，採用更廉價的原料以及實現過程連續化此外還採用雷射電漿液體脈衝注射等技術進行烴熱解制氣相生長炭纖維的研究。
氣相生長炭纖維的製備方法
氣相生長炭纖維的生產方法較其它炭纖維工藝簡單，原料資源豐富和成本低，製備氣相生長炭纖維的方法有兩種：基板播種法和氣相流動法。
（1）基板播種法
基板播種法就是將催化劑和基板或預先載有催化劑微粒的基板置入反應管內適當的位置處然後在高溫下將載氣和烴的混合氣導入，從而在基板表面析出炭纖維。
（2）氣相流動法
氣相流動法就是直接把催化劑、烴類化合物和氫氣組成的三元混合物導入高溫反應系統，從而直接由氣相析出炭纖維。
氣相生長炭纖維的生長機理
炭纖維的催化生長已研究許多年了。關於氣相生長炭纖維的生長機理眾說紛紜，無法統一。
隨著研究的深入，人們對氣相生長炭纖維的生長機理有了進一步了解，在基礎上又提出了許多機理，如:擴散控制機理、兩步生長機理、碳化物機理、三步生長機理等。
（1）擴散控制機理
該機理認為氣相生長炭纖維的形成過程是:首先吸附在催化劑微粒前表面的烴熱解產生表面碳原子，然後這些碳原子擴散通過催化劑微粒體，最終以類石墨結構的形式在催化劑微粒背面沉積出來，形成炭纖維在這個過程中，碳通過催化劑微粒的擴散是氣相生長炭纖維生長的速度控制步驟按擴散驅動力的不同，擴散控制機理又分為溫度驅動機理和濃度驅動機理。
（2）兩步生長機理
該機理將氣相生長炭纖維的生長過程分為縱向增長及橫向增粗兩個階段這兩個階段是相互交錯，不可分割的。在炭纖維形成初期，主要是縱向增長過程隨著反應的進行，炭纖維的橫向增粗變得越來越顯著。到了後期，炭纖維的縱向增長几乎停止，這時炭纖維的生長主要為橫向增粗過程。
（3）碳化物機理
碳化物機理認為:對炭纖維生長具有催化活性的催化劑是以亞穩態的中間物碳化物形式存在這裡存在兩種觀點：體相碳化物機理和表面碳化物機理。
（4）三步生長機理
該機理將氣相生長炭纖維的生長分為碳溶解、碳擴散和碳沉積三個過程首先表面反應產生的碳溶解在金屬中，然後通過擴散，在石墨與金屬界面處碳以石墨的形式沉積出來這就是三步生長機理的觀點。
