[發明專利]單壁碳納米管的制備方法

無效

• 申請號: 200580046664.0
• 申請日: 2005-11-16
• 公開（公告）號: CN101103150A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: X·張;J·馬;H·滕嫩特;R·霍奇
• 申請（專利權）人: 海珀里昂催化國際有限公司
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 周鐵;鄒雪梅

交叉引用信息

本申請要求2004年11月24日提交的美國臨時申請第60/630,946號，2004年11月24日提交的美國臨時申請第60/630,781號和2004年11月16日提交的美國臨時申請第60/628,498號的權益和優先權，其各自在此通過引用完全并入本申請。

發明背景

技術領域

本發明涉及單壁碳納米管的制備方法。更具體地，本發明涉及在商業可行的反應條件下制備單壁碳納米管束或單壁碳納米管的密堆積陣列的方法。

相關技術描述

碳納米管

本發明屬于碳納米管(又名原纖維)領域。碳納米管是直徑小于1.0μm，優選地小于0.5μm，更優選地小于0.2μm的蠕蟲狀碳沉積物。碳納米管可以是多壁的(即具有一個以上大致平行于納米管軸的石墨層)也可以是單壁的(即只有一個平行于納米管軸的石墨層)。已知還有其它類型的碳納米管，如魚骨形原纖維(例如，其中石墨層相對于管軸以人字形圖案排列)等。生成時，碳納米管的形式可以是不連續的納米管、納米管聚集體(即包含糾纏在一起的碳納米管的致密微觀粒子結構)或兩者的混合物。

碳納米管與可商購的連續碳纖維不同。比如，連續碳纖維的直徑(總是大于1.0μm且一般為5-7μm)遠大于碳納米管(一般不到1.0μm)。碳納米管還具有遠好于碳纖維的強度和導電率。

碳納米管還在物理和化學性質上不同于其它形式的碳如標準石墨和炭黑。標準石墨由于其結構可以將氧化進行到幾乎完全飽和。此外，炭黑是通常呈具有石墨結構(如碳層包圍著無序的核)的球形顆粒形式的無定形碳。另一方面，碳納米管具有一個或多個繞納米管圓柱體軸基本上同心排列的有序石墨碳原子層。這些差異尤其使得很難用石墨和炭黑來預測納米管化學。

而且人們已經進一步認識到，多壁和單壁碳納米管彼此也是不同的。例如，多壁碳納米管具有沿納米管軸的多個石墨層，而單壁碳納米管在納米管軸上只有一個石墨層。

制造多壁碳納米管的方法也不同于制造單壁碳納米管的方法。具體地，要得到多壁還是單壁碳納米管需要催化劑、催化劑載體、原材料和反應條件的不同組合。某些組合還會得到多壁和單壁碳納米管的混合物。

因而，要確定某種方法是否能商業上可行地用于大規模制造所要求的碳納米管時，往往需要考查兩個特征。第一是催化劑的選擇性(例如，該催化劑會主要產生單壁碳納米管還是會主要產生多壁碳納米管或其它形式的碳產物)。第二是催化劑的產率(例如，單位重量所用催化劑產生的碳產品重量)。

形成多壁碳納米管的方法已經為大家所熟知。例如Baker和Harris的Chemistry?and?Physics?of?Carbon，Walker和Thrower主編，Vol.14，1978，第83頁；Rodriguez，N.，J.Mater.Research，Vol.8，第3233頁(1993)；Oberlin，A.和Endo，M.，J.of?Crystal?Growth.Vol.32(1976)，第335-349頁；Tennent的美國專利US4,663,230；Tennent的美國專利US5,171,560；Iijima，Nature?354，56，1991；Weaver，Science?265，1994；de?Heer，Walt?A.，″Nanotubes?and?the?Pursuit?of?Applications，″MRSBulletin，2004年4月，等等。這些參考文獻都在此通過引用并入。

商業上已知的形成多壁碳納米管的方法在選擇性(例如，產物中多壁碳納米管的量超過90％)及產率(例如每磅催化劑產生30磅多壁碳納米管)上都很高。