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在碳纖維管的生長過程中，碳原子在催化劑顆粒中存在濃度差，與氣接觸面（即固體氣接觸面）上的碳原子濃度相對(duì)較大，而另一面（即固體碳接觸面）和附近的碳原子濃度相對(duì)較小。濃度差的存在為碳原子的擴(kuò)散提供了主要的驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，催化劑顆粒中的溫度梯度也為催化劑中碳原子的擴(kuò)散提供了力源。一般來說，當(dāng)物體內(nèi)部有溫度梯度時(shí)，物質(zhì)總是從高溫?cái)U(kuò)散到低溫。使用化學(xué)氣相沉積法合成碳纖維管時(shí)，由于碳?xì)浠衔锏牧呀夥磻?yīng)主要是放熱反應(yīng)，而固體碳的沉淀是吸熱反應(yīng)，催化劑與碳?xì)浠衔锝佑|的一面由于碳?xì)浠衔锏牧呀舛郎?，另一面由于催化劑?nèi)部溫度梯度的降低。溫度梯度的存在可以加速碳纖維等材料的生長。
在利用化學(xué)氣相沉積法合成碳纖維管的過程中，碳纖維管的形成可分為兩個(gè)階段：碳纖維管的核化和生長。首先，在高溫條件下，由于微波等離子體的作用，甲烷裂解獲得的碳原子滲入并溶解在催化劑顆粒中。一段時(shí)間后，碳處于過飽和狀態(tài)，開始在催化劑的某個(gè)方向的外表面沉淀，形成石墨層，完成碳纖維管的核化過程。然后，氣相裂解產(chǎn)生的碳原子不斷從另一個(gè)表面滲透到附著在石墨層上的一側(cè)，從而促進(jìn)碳纖維管的生長。
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