碳是形成石墨烯和碳纳米管的基本成分。石墨烯代表了最简单和最基本的晶体碳排列形式。一层碳原子排列成蜂窝状晶格，形成二维结构。这为其他碳同素异形体提供了基本的构建块。这些包括木炭、石墨、碳纳米管和富勒烯。石墨烯具有出色的强度、柔韧性和导电性。因此，当碳纳米管从中衍生出来时，它们继承了这些显著的特性。它们具有独特的性能，如热和电导性。此外，它们具有高强度且轻便。简而言之，碳纳米管通过一个简单的过程从石墨烯形成。它们将二维的碳原子层卷曲成一维的圆柱形层。石墨烯的扁平、单原子结构赋予了碳纳米管其独特的性质。让我们详细探讨碳纳米管是如何从石墨烯中制成的。

比较：石墨烯 VS 碳纳米管

      当比较时，石墨烯和碳纳米管有许多共同的特性。这两种材料通常用于类似的应用。将它们结合起来形成先进的产品将带来显著的好处。

石墨烯和碳纳米管之间的区别

      在它们的结构、灵活性和其他特性上可以观察到一些差异。让我们快速分析这些差异： 

      基本结构：石墨烯是一种由碳原子构成的扁平二维片。它们以蜂窝状排列在一个单层中。碳纳米管是一维结构。它们通过将石墨烯片卷成管状形成。这些管可以形成一个可以延伸到几米的网络。 

      维度： 另外，你也可以观察到维度的差异。石墨烯是二维的（平滑的薄片，仅有一层原子厚），而碳纳米管是一维的（像一根空心的管子，长度远大于宽度）。

      灵活性： 石墨烯由于其扁平结构，灵活性较低。弯曲它比较容易，但不如碳纳米管那么灵活。另一方面，碳纳米管的管状结构使它们容易弯曲且高度可拉伸，使它们非常耐用。而且，它们也不容易断裂。 

      特性：石墨烯的带隙为零，因此电子可以自由流动。碳纳米管导电性非常好，使它们成为出色的导体。然而，石墨烯本身不能作为半导体使用。但在碳纳米管中，你可以看到带隙是0-2ev。单壁碳纳米管可以作为优秀的金属和有效的半导体。这种双重行为取决于石墨烯片如何卷曲。这被称为手性。至于其他特性，石墨烯表现出良好的热和机械强度，但碳纳米管表现得非常好。 

      使用方便: 与碳纳米管相比，处理石墨烯可能更简单。因为定位和连接它们可能会很困难。 

碳纳米管是如何从石墨烯中制造出来的？

      从石墨烯生产碳纳米管不是一个复杂的过程。制造碳纳米管有各种各样的生产过程。但在我们深入介绍三种详细过程之前，让我们先概述一下两种类型碳纳米管的基本生产过程： 

      单壁纳米管(SWNTs): 一片石墨烯卷起来就形成了单壁纳米管。它的直径范围是几纳米，即0.1到0.5纳米。

      多壁纳米管 (MWNTs): 多个石墨烯层也可以一起卷起来。它们形成多壁碳纳米管。它们由彼此嵌套的同心圆柱体组成。

单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的比较

      现在，让我们进入主要的生产方法。这些过程通常不涉及手动卷曲薄片。相反，它们依靠化学和物理过程在原子水平上形成管子。 

      所有这些方法都将简单的碳源转化为纳米管。关键在于将碳原子排列成石墨烯的六边形图案。然后这个图案平滑地弯曲成一个圆柱体。石墨烯片“卷曲”的方式决定了它的性质。这可以让纳米管表现出金属或半导体的特性。这在电子应用中是非常重要的。

1. 化学气相沉积 (CVD)

      这是最广泛使用的方法，因为它具有可扩展性和可靠性。这涉及到将炉子加热到500-1000°C，并引入含碳气体（如甲烷或乙炔）。使用金属催化剂（通常是铁、镍或钴的纳米颗粒）。气体中的碳原子落在催化剂上。它们发生反应并在催化剂表面自我组织成管状石墨烯结构（即碳纳米管）。技术员根据他们的需求调整工艺。他们可以形成单壁或多壁纳米管。纳米管生长后，通过去除不需要的催化剂颗粒和其他杂质来净化它们。

化学气相沉积(cvd)

2. 弧形放电法

      它们涉及通过在它们之间创建电弧来使两根石墨棒气化。这在一个惰性气体环境中进行（如氦气）。高温将棒的尖端变成碳蒸气。然后这些蒸气冷凝形成纳米管和其他碳结构。他们主要生产多壁碳纳米管。但是，使用特定的催化剂也可以获得单壁管。需要净化以分离碳纳米管与其他碳形式。

3. 激光消融

      这个过程使用高功率激光气化石墨靶。它在一个充满惰性气体的高温反应堆中进行。金属催化剂通常用于引导碳纳米管的生长。该技术可以生产高质量的单壁碳纳米管。然而，激光 ablation 更昂贵。它更适合生产少量的非常纯的 CNTs。

净化过程

      由于上述过程合成碳纳米管，原始的碳纳米管（CNTs）会含有杂质。这些杂质可能包括无定形碳、剩余的金属催化剂颗粒、石墨颗粒和富勒烯。技术人员在这一阶段通过去除所有杂质来净化纳米管。可以使用氧化、酸洗或超声处理等过程。这将导致获得清洁、高质量的碳纳米管，准备用于应用。这个阶段可能会降低纳米管的强度和破坏其均匀性，因此必须小心进行。

结论

      总之，石墨烯和碳纳米管的基本成分都是碳。将碳原子排列成与石墨烯相同的六边形晶格，然后将该晶格制成中空的圆柱形结构，即可得到碳纳米管。这些过程并不物理卷曲石墨烯片。然而，它们使用了化学和物理过程。这些过程涉及受控的热、催化剂和富含碳的气体，形成纳米级的管子。这些方法得到的纳米管具有超强、轻质的特点，并且具有从石墨烯本身卓越的强度和柔韧性中派生的独特性能。