[發明專利]表面改性的碳納米管及其表面改性方法

有效

• 申請號: 200710104510.3
• 申請日: 2007-05-25
• 公開（公告）號: CN101311109A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發明（設計）人: 胡志明;黃勇翔
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 張平元;趙仁臨

技術領域

本發明涉及一種碳納米管(carbon?nanotube，簡稱CNT)，且特別涉及一種碳納米管的改性方法。?

背景技術

碳納米管主要是經由石墨電極在直流電弧放電后沉積的碳黑中得到，碳納米管可大體分為開口(單層管)和閉口(多層管)等兩種，其管壁是通過碳原子以六角網狀鍵結而成，如同一個石墨原子平面卷起來的圓筒，碳納米管結構如圖1所示。?

碳納米管因其密閉的圓柱形石墨結構而具有許多優秀的機械性質，側面的基本組成是由六邊形碳環(石墨片)組成，但在管身彎曲和管端口封頂的半球帽形部位，含有一些五邊形和七邊形的碳環結構。因為這些碳環結構之間的共價鍵是自然界中最穩定的化學鍵，所以碳納米管應該具有非常好的力學性能，其強度接近于碳-碳鍵的強度。理論計算和實驗研究顯示了單壁碳納米管的楊氏模量和剪切模量都與金剛石相當，強度是鋼的100倍，最大延伸率可達20％，具有良好的韌性，而密度卻只有鋼的1/6，是一種新型的超級纖維材料。?

另外，碳納米管同時還具有較好的柔性，而且碳納米管還有良好的可彎曲性，它不但可以被彎曲成很小的角度，也可以被彎曲成極其微小的環狀結構，當彎曲應力去除后，碳納米管可以從很大的彎曲變形中完全恢復到原來的狀態，即使受到了很大的外加應力也不會發生脆性斷裂。?

再者，碳納米管有優異的電導特性。半導體性的碳納米管隨著直徑的增加而帶隙變窄，在大直徑情況下帶隙為零，呈現金屬的性質，這些特殊的電學性能將使碳納米管適用于納米電子學。舉例來說，金屬性碳納米管可以用作納米集成電路中的連接線，而半導體性碳納米管則可以用來制作納米電子開關和其它納米量子器件。?

通過碳納米管本身的良好的力學性質與導電性，將其與高分子材料混?成后可制備出高強度、高韌性的納米復合材料，此材料可以取代傳統碳纖補強復材而應用于交通工具、運動器材等產品上，可以加強安全性并提高產品等級。并且，通過碳納米管的導電特性可使高分子表面電阻與體電阻降低，使其具備抗靜電與抗電磁波機能特性，可有效減低噪聲干擾與電磁波危害。?

然而，由于碳納米管分散性等問題，碳納米管的應用常因其間的糾纏而不易分散于復合材料之中，進而影響了當今碳納米管的應用范圍。目前碳納米管的分散方法主要采用表面改性方式，即使用強酸系統或是氧化系統以破壞碳納米管表面的碳-碳雙鍵并形成官能基，或者將碳納米管打斷以降低其糾纏度并提高其分散性。然而如此的方式將破壞其表面結構并影響了碳納米管的特性，因而對其機能性表現造成不良影響。對于高分子復合材料而言，在相同碳納米管添加量的情況下，其表面電阻明顯較高。?

為了避免強酸系統及氧化系統的問題，部分現有技術采用具有多聯苯或不飽和雙鍵結構的分散劑，這些分散劑將與碳納米管的碳碳雙鍵產生作用力。雖然這種作法不會破壞碳納米管結構，但分散劑價格較高且只適用于特定極性的溶劑系統，無法有效降低碳納米管的糾纏度。?

發明內容

本發明提供一種碳納米管的表面改性方法，包括提供碳納米管；形成硬質無機層于碳納米管的部分表面，即得表面改性的碳納米管；以及將表面改性的碳納米管、分散劑、及研磨珠置于溶劑中，進行研磨分散步驟，即得表面改性的碳納米管分散液；其中硬質無機層系由醇化物(alkoxide)縮合而成。?

本發明亦提供一種表面改性的碳納米管，包括碳納米管；硬質無機層，包覆碳納米管部分表面；其中硬質無機層系由醇化物縮合而成。?

附圖說明

圖1為碳納米管結構；?

圖2為本發明改性前后的碳納米管分散液的凝團粒徑分布圖；以及?

圖3為本發明的導電薄膜測試機械性質的試片。?

具體實施方式

本發明提供的碳納米管(carbon?nanotube，簡稱CNT)的表面改性方法，適用于多層碳納米管、雙層碳納米管、單層碳納米管、碳納米纖維、或上述的組合。首先，在碳納米管的部分表面形成硬質無機層。形成硬質無機層的方式系將醇化物接枝于碳納米管的部分表面，再進行熱處理，使醇化物脫水形成硬質無機層。亦可先將醇化物進行熱處理，脫水形成縮合的醇化物寡聚物后，再將此寡聚物接枝至碳納米管表面。?