[發(fā)明專利]在密度梯度中分離碳納米管的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680015296.8
• 申請日: 2006-03-06
• 公開（公告）號: CN101171372A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬克·海爾森;塞繆爾·I·斯圖普;邁克爾·S·阿諾德
• 申請（專利權(quán)）人: 西北大學(xué)
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12;C01B31/00
• 代理公司: 北京東方億思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 肖善強(qiáng)

本發(fā)明要求于2005年3月4日遞交的在先臨時(shí)申請60/658,502的優(yōu)先權(quán)，該申請通過引用全文插入此處。

根據(jù)National?Science?Foundation對西北大學(xué)的資助DMR-0134706和EEC-0118025和Department?of?Energy對西北大學(xué)的資助DE-FG02-00ER45810/A001，美國政府對本發(fā)明享有某些權(quán)利。

背景技術(shù)

在分子電子、光電子和生物傳感領(lǐng)域中大量使用的單壁碳納米管(SWNT)需要SWNT具有相同的物理結(jié)構(gòu)、電子類型和能帶差。由于目前的合成方法制備的納米管的混合物具有各種各樣的物理結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，因此需要開發(fā)一種方法對這些一維材料進(jìn)行后分離。迄今為止，已經(jīng)報(bào)道了利用可控電擊穿、介電泳和與任一類型的納米管進(jìn)行選擇性反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)(chemical?moieties)，將半導(dǎo)體性SWNT與金屬性SWNT進(jìn)行分離的方法。

SWNT已與各種分離技術(shù)結(jié)合使用，這些分離技術(shù)包括陰離子交換介質(zhì)、對納米管側(cè)壁進(jìn)行的質(zhì)子化和臭氧化、和對碳納米管進(jìn)行的光誘導(dǎo)氧化。然而，這些方法從化學(xué)上或結(jié)構(gòu)上對納米管進(jìn)行了改性，損害了其性質(zhì)和其實(shí)用性。因此，本領(lǐng)域仍然關(guān)注尋找一種經(jīng)濟(jì)有效的分離方法。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)前述，本發(fā)明的目的在于提供一種或更多種與碳納米管分離相關(guān)的方法和/或系統(tǒng)，從而克服以上所概括的現(xiàn)有技術(shù)中的各種缺陷和不足。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)方面可以滿足某些目的，而一個(gè)或更多個(gè)其它方面可以滿足某些其它目的。無論從哪方面來說，各個(gè)目的不應(yīng)等同地應(yīng)用到本發(fā)明的各個(gè)方面。同樣地，以下目的可以根據(jù)本發(fā)明的任意方面在可供選擇的方案中被認(rèn)識(shí)到。

本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種或更多種對進(jìn)行共價(jià)改性或未進(jìn)行共價(jià)改性的納米管進(jìn)行分離的方法。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種用于納米管分離的方法和相關(guān)系統(tǒng)，而不管納米管的直徑或長度尺寸，從而該方法與各種納米管生產(chǎn)技術(shù)相互兼容，得到一種具有實(shí)用性的分離方法。

本發(fā)明的另一目的在于，提供這樣一種方法和系統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)可以與現(xiàn)有的自動(dòng)化方法結(jié)合使用，并且可以適應(yīng)商業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。

本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)由發(fā)明內(nèi)容和以下某些實(shí)施方式的描述可以明顯地得到，并且對于具有碳納米管生產(chǎn)、性質(zhì)和相關(guān)分離技術(shù)知識(shí)的領(lǐng)域中的技術(shù)人員也是容易理解的。由上述內(nèi)容本身或與本文所引用的參考文獻(xiàn)結(jié)合的上述內(nèi)容以及相伴隨的實(shí)施例、數(shù)據(jù)、附圖和所有由此得到的合理推論可以明顯地得到上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。

部分地，本發(fā)明涉及一種利用密度梯度分離碳納米管的方法。所述方法包括：提供一種具有密度梯度的流體介質(zhì)；將上述介質(zhì)與一種組合物進(jìn)行接觸，該組合物包括具有各種不同直徑和/或手性的碳納米管的混合物，和一種或更多種表面活性成分；將上述介質(zhì)和組合物離心一定時(shí)間并且/或者以一定轉(zhuǎn)動(dòng)速率進(jìn)行離心，至少部分地足以使納米管混合物沿著介質(zhì)梯度進(jìn)行分離。這種方法對納米管的直徑和/或手性沒有限制。在某些實(shí)施方式中，單壁納米管可以獨(dú)立地具有至多約20或更大的直徑。不管這一點(diǎn)，在某些實(shí)施方式中，直徑的范圍可以為約7到約10，而在另外一些實(shí)施方式中，直徑的范圍可以為約12到約15。

碳納米管可以被置于具有表面活性組分的組合物中，本發(fā)明領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到上述表面活性組分的種類。一般而言，上述組分可以與特定的流體介質(zhì)一起起作用，以減少納米管的聚集現(xiàn)象。在某些實(shí)施方式中，上述組分可以選自大范圍內(nèi)的單鏈DNA組分。在某些其它實(shí)施方式中，上述組分可以選自一種或更多種膽汁酸的鹽和其組合。關(guān)于前一種DNA組分，該組分可以選自d(GT)_n鏈，其中，不作為限制條件，n可以是約15到約35的整數(shù)。關(guān)于后一種膽酸鹽，該組分可以選自膽酸鹽、脫氧膽酸鹽、牛磺脫氧膽酸鹽和其組合。