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從石墨到納米科技：碳納米錐是如何被製造出來的？
碳納米錐是一種高度特化的碳結構，這種結構的尺寸可達到微米級或更小。這些錐形結構具有獨特的幾何特徵，並在現代納米科技中發揮著重要作用。隨著對碳納米材料應用的增長，了解碳納米錐的製造過程及其潛在應用變得至關重要。
碳納米錐的特徵
碳納米錐的高度與底部直徑相近，這一點使其與長型納米線有所區別。它們的外觀僅需在電子顯微鏡下便可觀察清楚。
根據電子顯微鏡的觀察，碳納米錐的開口角度並非任意，而是顯示出約19°、39°、60°、85°及113°等優選值。
歷史與合成方法
碳納米錐的合成可以追溯至1994年，當時科學家們通過電子顯微鏡首次觀察到這種結構。這一發現之後，科學家們進一步用理論模型對其原子結構進行了分析。
現今，碳納米錐的工業生產主要依賴於一種名為Kvaerner Carbon Black & Hydrogen Process的技術。該過程藉助於高清晰度的等離子體火炬，將碳氫化合物分解成碳和氫，操作時的等離子體溫度通常高達2000°C以上。
此工藝以其相對“無排放”的特性聞名，即產生的空氣污染物極少。
在某些經過優化的條件下，固體碳產物的大約20%為碳納米錐，70%為平坦碳圓盤，10%為碳黑。
模型與觀察
碳納米錐的開口形狀可以用捲繞的石墨烯片來進行模型化。要實現無應變的圓形包裝，必須從石墨烯片中切出一個扇形。這一扇形的角度需為n × 60°，其中n的取值範圍為1至5。
實驗觀察證明了模型的預測，儘管在顯微鏡觀察時需考量到充電和三維形狀的影響。
所採集的電子衍射圖樣顯示，錐壁的厚度在10至30納米之間，有些納米錐的厚度甚至可達80納米。進一步分析這些圖樣，能夠揭示其排列能力以及無定形碳的存在。
其他碳錐
早在1968年，科學家就已經發現了自然石墨表面存在的碳錐。這些自然形成的錐體的底部依附於石墨，並具有一定的高度變化，從少於1微米到40微米不等。研究指向這些自然錐體的特性與在實驗室中合成的納米錐有所不同，特別是其牆壁的曲率較高。
潛在應用
碳納米錐的應用前景廣泛，其中一個重要的應用是在超細金針的上面進行封裝。這些金針因其高化學穩定性和電導率而被廣泛用於掃描探針顯微鏡，但其金屬尖端易於磨損。利用薄碳蓋來增加其機械穩定性，而又不損害其原有性能。
進一步探索碳納米科技的潛力，是否能引領我們進入更加神奇的材料時代呢?
