[發(fā)明專利]采用納米顆粒滲透技術(shù)分散碳納米管的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710043005.2
• 申請(qǐng)日: 2007-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN101108315A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高濂;王焱;孫靜;劉陽(yáng)橋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): B01F3/12
• 分類號(hào): B01F3/12;B01F11/02;B28C1/04;C01B31/02
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及采用納米顆粒滲透技術(shù)分散碳納米管方法，制備得到碳納米管分散溶液有望在納米器件、電極材料、復(fù)合材料等方面得到廣泛應(yīng)用。屬于分散技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳納米管以其極高的縱橫比和超強(qiáng)的機(jī)械性能成為極具應(yīng)用潛力的一維納米材料，其應(yīng)用已涉及到納米電子器件、催化劑載體、電極材料、貯氫材料和復(fù)合材料等多方面。碳納米管超強(qiáng)的力學(xué)性能可以極大提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性；獨(dú)特的導(dǎo)電和光電性能可以改善聚合物材料的電導(dǎo)率和制備新型的光電聚合物復(fù)合材料；其獨(dú)特結(jié)構(gòu)可以制備金屬或金屬氧化物填充的一維納米復(fù)合材料。然而，由于碳納米管之間存在著強(qiáng)范德華力(～950mev/nm)使之形成大的管束，從而阻礙了碳納米管的進(jìn)一步應(yīng)用(Thess，A.；Lee，R.；Nikolaev，P.；Dai，H.J.；Petit，P.；Robert，J.；Xu，C.H.；Lee，Y.H.；Kim，S.G.；Rinzler，A.G.；Colbert，D.T.；Scuseria，G.E.；Tomanek，D.；Fischer，J.E.；Smalley，R.E.Science?1996，273，483)

為了解決碳納米管分散這個(gè)棘手的問(wèn)題，各國(guó)研究學(xué)者提出了多種共價(jià)功能化和非共價(jià)功能化的方法，以期有效的解決碳納米管分散難的問(wèn)題(H.Wang，W.Zhou，D.L.Ho，K.I.Winey，J.E.Fischer，C.J.Glinka，E.K.Hobbie，Nano?Lett.2004，4，1789；V.C.Moore，M.S.Strano，E.H.Haroz，R.H.Hauge，R.E.Smalley，J.Schmidt，Y.Talmon，Nano?Lett.2003，3，1379)然而，通過(guò)共價(jià)功能化的方法對(duì)碳納米管進(jìn)行分散，會(huì)破壞碳納米管的結(jié)構(gòu)，影響它的性能，而不利于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用(Z.Yao，N.Braidy，G.A.Botton，A.Adronov，J.Am.Chem.Soc.2003，125，16015)普通的非共價(jià)功能化的方法通常需要長(zhǎng)時(shí)間超聲，效率低；由于長(zhǎng)時(shí)間超聲破壞碳納米管的結(jié)構(gòu)，從而影響碳納米管各方面的性能。另外分散劑的加入也會(huì)對(duì)碳納米管溶液的應(yīng)用產(chǎn)生影響。所以，迄今為止缺乏有效的方法和技術(shù)使得碳納米管單分散在多種溶液中，也阻礙了碳納米管的進(jìn)一步應(yīng)用。因此開發(fā)簡(jiǎn)單有效，環(huán)境友好，尤其是避免長(zhǎng)時(shí)間超聲的非共價(jià)功能化分散碳納米管的分散方法極有意義，是促進(jìn)碳納米管進(jìn)一步大規(guī)模應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單有效的用納米顆粒滲透技術(shù)分散碳納米管的方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下列方式實(shí)施的：首先對(duì)碳納米管的表面及兩端進(jìn)行修飾，使之帶有親水性基因，隨后超聲分散在水或者堿性溶液中；其二，將水溶性或堿溶性的納米顆粒，先超聲后攪拌的方法，使其溶于水或者堿性溶液中，得到可溶性帶電的納米顆粒；最后再將兩者混合，在超聲和攪拌兩個(gè)外力的合力作用下，使納米顆粒滲透到碳納米管束中間，達(dá)到分散碳納米管的目的。所提供的方法具有簡(jiǎn)便、實(shí)用的特點(diǎn)，不需特殊的設(shè)備，提高碳納米管在水溶液或堿性溶液中的溶解性和分散性，進(jìn)而發(fā)揮碳納米管具有的多種獨(dú)特的物理和化學(xué)性能具有普適意義。

本發(fā)明的特征在于：所述的納米顆粒為水溶性或者堿溶性，顆粒大小應(yīng)小于10nm，采用先超聲后攪拌兩者相結(jié)合的方法在水溶液或者堿性溶液中通過(guò)帶電的納米顆粒滲透技術(shù)分散碳納米管。

具體步驟是：

(a)對(duì)碳納米管的表面和兩端進(jìn)行修飾。將碳納米管在稀HNO₃溶液中回流3-48小時(shí)或者在雙氧水溶液中回流3-10小時(shí)，經(jīng)抽濾、水洗和干燥后，超聲分散在水或者堿性溶液中；

(b)將水溶液或者堿溶性的納米顆粒，采用先超聲再攪拌的方法，分散在水或者堿性溶液中；

(c)將步驟(b)所得的納米顆粒溶液和步驟(a)所得的碳納米管溶液混合，超聲15分鐘到2個(gè)小時(shí)后，室溫?cái)嚢?2到72小時(shí)；

所述的納米顆粒為單分散的FePt、Pt、Au、Fe₃O₄、TiO₂、CeO₂和Fe₂O₃中的任意一種；平均顆粒尺寸應(yīng)小于10nm；最好小于5nm；

所述的堿性溶液為四甲基氫氧化銨、氫氧化鈉、氨水或有機(jī)堿溶液中的一種；

所述的納米顆粒與碳納米管的質(zhì)量比為50∶1～1∶10范圍內(nèi)；