碳纳米管

单壁碳纳米管的制备工艺以催化剂制备与供给、高温合成生长、产物收集、纯化为主线，最终以分散等后处理收尾。单壁碳纳米管是在金属催化剂颗粒上"生长"出来的——碳源在高温下裂解，碳原子经催化剂溶解、析出并自组装为中空管状结构，因此催化剂与反应器构成整条产线的技术核心。

催化剂制备与供给是决定产品档次的第一道关口。催化剂的成分、粒径与分散状态直接决定碳管的管径、壁数、产率与纯度：颗粒一旦团聚长大，产物即向多壁管或碳纤维退化，单壁结构随之丧失。同时，纳米级金属颗粒在高温反应环境中极易迁移聚集，如何在放大生产中长期保持其分散与活性，是各家企业配方保密的核心。因此，催化剂制备与供给系统须具备稳定的粒径控制能力、均匀的分散输送能力以及与反应工况精确匹配的计量能力。

高温合成生长是成管的核心工序，目前产业化主流采用化学气相沉积法，电弧法等高能路线虽可获得高结晶度产品，却因难以连续运行、能耗过高而仅适用于特定高端场景。气相沉积路线的难点在于：碳源裂解与管体生长对温度、气氛和停留时间极为敏感，反应器内温场与流场的任何不均都会造成产物结构参差、无定形碳增多；催化剂利用率偏低、反应器易堵塞、批次间一致性难保证，则是从实验室走向规模化生产必须跨越的门槛。所以合成反应器须实现温场流场的高度均匀、物料的连续稳定进出与反应状态的在线可控，这直接决定了产线的良率与成本。

产物收集衔接生长与后处理。生成的碳纳米管以气载粉体形态离开反应区，收集效率直接影响收率；同时单壁管之间范德华力强，收集过程中极易缠绕团聚，为下游应用埋下分散难题。因此，收集系统须在高效捕集与温和卸料之间取得平衡，最大限度保持产物的原始形态。

纯化是单壁碳纳米管走向高端应用的必经工序。粗产物中残留的金属催化剂与无定形碳会显著劣化导电性与稳定性，须予以深度去除。纯化的路线主要有两种，其中化学提纯法应用最广，不过易损伤管壁结构、引入缺陷，而高温法提纯则能耗高、工艺窗口窄，纯度提升与结构保全往往顾此失彼。因此，纯化装备须在杂质去除率与产品完整性之间实现精确拿捏，并兼顾连续化处理能力。