[發(fā)明專利]高質(zhì)量、高收率的碳納米管陣列制備方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810054298.9
• 申請(qǐng)日: 2008-08-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101348901A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔屾;侯煒鑫;程剛;張順通;宮娜娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C16/26
• 分類號(hào): C23C16/26
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及以環(huán)己烷為碳源，制備高質(zhì)量、高收率的碳納米管陣列的方法及裝置。

背景技術(shù)

碳納米管陣列(carbon?nanotube?arrays—CNTAs或aligned?carbon?nanotubes—ACNTs，本發(fā)明專利取前者的縮寫(xiě)形式)是碳納米管(carbon?nanotubes—CNTs)的一種重要存在形式。在CNTAs中，CNTs是以排列有序、高度平行、高密度的形式存在的。CNTAs不僅保留了CNTs的優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等性能，而且還具有了CNTs的高度取向性、高密度和準(zhǔn)直性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所以在場(chǎng)發(fā)射顯示器件、納米復(fù)合材料、特殊用途的膜材料、納米電容器及超級(jí)電容器、納米電子器件、納米膜傳感器、特殊涂料、太陽(yáng)能利用、儲(chǔ)氫材料等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。

自Li等(Li?W?Z，Xie?S?S，Qian?L?X，et?al..Large-Scale?Synthesis?of?Aligned?CarbonNanotubes.Science，1996，274(5293)：1701-1703)首次報(bào)道了利用孔道限制CNTs取向生長(zhǎng)的方法制備CNTAs以來(lái)，有關(guān)CNTAs制備的研究發(fā)展很快，文獻(xiàn)中已經(jīng)報(bào)道過(guò)多種CNTAs制備方法，如模板法、化學(xué)氣相沉積(CVD)法、等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)法、電子回旋共振CVD(ECR-CVD)法、催化熱裂解法、催化劑薄膜法等；上列方法均可歸結(jié)為化學(xué)法。

采用物理方法，以催化裂解法或電弧放電法制備的CNTs為原料，也可制備CNTAs；如在外加磁場(chǎng)作用下，利用CNTs的磁各向異性制備CNTAs；配制CNTs的懸浮液，利用CNTs的自組裝性能制備CNTAs；采用切割CNTs-聚合物復(fù)合材料的方法制備CNTAs等。

對(duì)國(guó)內(nèi)外專利文獻(xiàn)的檢索結(jié)果表明，有關(guān)CNTAs制備的美國(guó)發(fā)明專利有數(shù)百項(xiàng)，世界發(fā)明專利有幾十項(xiàng)，中國(guó)發(fā)明專利有二十多項(xiàng)。但不論國(guó)內(nèi)外已發(fā)表的論文，還是發(fā)明專利中，均未明確給出CNTAs的收率。

文獻(xiàn)報(bào)道的各種制備CNTAs方法中，相當(dāng)一部分方法可以制得高質(zhì)量(純度高、取向性好、準(zhǔn)直程度高)的CNTAs，但由于收率很低，制備成本很高，使得CNTAs的應(yīng)用研究與開(kāi)發(fā)受到了很大的限制。

以苯為碳源，采用氣霧劑-CVD法雖然可以制得CNTAs，但質(zhì)量不是很好(Mayne?M，Grobert?N，Terrones?M，et?al..Chem.Phys.Lett.，2001，338(2-3)：101-107)；經(jīng)過(guò)對(duì)該方法的改進(jìn)，CNTAs產(chǎn)物的質(zhì)量顯著提高，但收率仍然很低(Scharff?P，Cui?S.Frontiers?ofMultifunctional?Integrated?Nanosystems.Edited?By?Buzaneva?E?and?Scharff?P，KluwerAcademic?Publ?ishers，NATO?Sci.Ser.II.Math.，Phys.&?Chem.，Vol.152，2004，pp.153-166)；而且苯對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，不適宜于工業(yè)化生產(chǎn)。

采用一步熱解裝置，以環(huán)己烷為碳源，雖然可以制得CNTAs，但收率仍然很低，且質(zhì)量較差(Mahanandia?P，Nanda?K?K.Nanotechnology，2008，19(15)：155602(7pp))。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種以環(huán)己烷為碳源，在高溫、常壓、氬氣氛條件下，采用公知的氣霧劑-CVD方法，制備高質(zhì)量、高收率的CNTAs。本發(fā)明對(duì)于促進(jìn)CNTAs的應(yīng)用研究與開(kāi)發(fā)具有重要的實(shí)際意義。

本發(fā)明的高質(zhì)量、高收率的碳納米管陣列制備方法，采用氣霧劑-CVD方法，其特征是以環(huán)己烷為碳源。

本發(fā)明的高質(zhì)量、高收率的碳納米管陣列制備方法，其特征是所述的方法步驟如下：

(1)首先分別對(duì)催化劑母體二茂鐵與環(huán)己烷碳源進(jìn)行純化；

(2)配制含有質(zhì)量百分比2-6％濃度的催化劑母體的反應(yīng)溶液，然后轉(zhuǎn)移入噴霧瓶中；

(3)密封反應(yīng)系統(tǒng)，借助真空泵，用氬氣抽洗、置換其內(nèi)的空氣；

(4)加熱石英反應(yīng)管至700—900攝氏度，調(diào)節(jié)流量計(jì)至氬氣流量為3—9立升每分鐘，使反應(yīng)溶液直接噴射入石英反應(yīng)管，持續(xù)噴射4—15分鐘，即可得到碳納米管陣列粗產(chǎn)物。

所述的高質(zhì)量碳納米管陣列在放置于石英反應(yīng)管內(nèi)的石英片以及單晶硅片上也能生成。

所述的液體環(huán)己烷使用前需經(jīng)過(guò)精餾或5A分子篩浸泡脫水處理。