[發明專利]基于高壓靜電噴霧法分解碳納米管束的方法

有效

• 申請號: 200910051173.5
• 申請日: 2009-05-14
• 公開（公告）號: CN101549866A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 王英;張亞非;蘇巖杰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種納米技術領域的方法，特別是一種基于高壓靜電噴霧法分解碳納米管束的方法。

背景技術

自1991年碳納米管被發現以來，其獨特的結構和性質就引起了人們日益廣泛的關注，并成為當今納米材料研究的前沿和熱點。然而，盡管從理論研究上表明，碳納米管具有很多突出的特性，而且每年都有大量有關碳納米管在不同領域表現出新的令人振奮的新特性的報道，但是研究者發現很多結果在不同實驗室的報道中偏差較大，重復性差，而且有關碳納米管在實際產品中的應用也鮮有報道。人們越來越發現要實現碳納米管在各領域的應用還需要解決很多問題，特別是如何獲得具有單一屬性的碳納米管，是碳納米管應用和基礎研究的最根本環節，而解決這一問題的關鍵就是碳納米管束的分解問題。

研究表明，碳納米管表面能較高，管間存在較強的分子間作用力，因此具有自組織的特性，從而使碳納米管易于聚集成束，特別是管徑較小的單壁碳納米管。要想分解碳納米管束必須克服碳納米管之間較強的分子間作用力。近年來，一些碳納米管束分解和單分散碳納米管的方法被報道，如，超聲分解法、介電泳分解法、密度梯度分解法、聚電解質輔助分解法、無機納米粒子輔助分解法、DNA分子輔助分解法等。近期孫連峰小組在《納米快報》(Nano?Letters?2009，9，239-244)上發表了“庫侖爆炸：一個新的分解碳納米管束的方法”(Coulomb?explosion：anovel?approach?to?separate?single-walled?carbon?nanotubes?from?their?bundle)的文章，該文采用庫侖爆炸法分解碳納米管束，雖然該方法只能分解管束尖端的少量碳納米管，但這一方法的優點在于無需復雜的化學處理，不引入其他的雜質，對碳納米管的結構基本沒有損傷，這是迄今為止為數不多的物理方法之一，因此引起了人們的廣泛關注，但該方法由于需要將碳納米管束固定在電極上，因此通常只能使碳納米管束的一端分解，且一般需要在空氣或真空條件下進行，從而限制了該方法的應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種基于高壓靜電噴霧法分解碳納米管束的方法，實現碳納米管束的分解，經分解后，碳納米管聚集度降低，并可控制形成單根分散狀態。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明的具體步驟如下：

第一步，將碳納米管束超聲分散在水或有機溶劑中；

第二步，將上述分散液裝入帶有金屬噴嘴的容器中，利用重力作用或注射泵控制分散液的流出速度在0.05ml/h-50ml/h；

第三步，將一塊金屬極板正對金屬噴嘴，在金屬噴嘴與金屬極板之間加1-150kV的高壓靜電；

第四步，在各個位置接收從金屬噴嘴處噴出的分散液，獲得管束分解的碳納米管。

在第一步中，碳納米管束在溶劑中的質量百分比濃度為0.001％-15％，碳納米管束為單壁或多壁碳納米管束。

在第一步中，超聲時間為3分鐘-24小時。

在第一步中，有機溶劑為極性或非極性溶劑。

在第一步中，在水或有機溶劑中加入表面活性劑，表面活性劑在水或有機溶劑中的質量百分比濃度為0-20％，表面活性劑為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑。

在第三步中，金屬極板與金屬噴嘴的距離為5-150厘米。

在第四步中，接收位置與金屬噴嘴的距離為1-140厘米。

與現有技術相比，本發明具有以下的有益效果：利用高壓電場的作用，控制碳納米管分散液從噴嘴中噴出、霧化，通過增加碳納米管間的靜電排斥作用分解碳納米管束，分解效率高，且方法操作簡單，便于推廣和應用。

具體實施方式

本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

以下實施例包括以下步驟：

第一步，將碳納米管束超聲分散在水或有機溶劑中；在第一步中，碳納米管束在水或有機溶劑中的質量百分比濃度為0.001％-15％，碳納米管束為單壁或多壁碳納米管束。在第一步中，超聲時間為3分鐘-24小時。在第一步中，有機溶劑為極性或非極性溶劑。在第一步中，在水或有機溶劑中加入表面活性劑，表面活性劑在溶劑中的質量百分比濃度為0-20％，表面活性劑為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑。

第二步，將上述分散液裝入帶有金屬噴嘴的容器中，利用重力作用或注射泵控制分散液的流出速度在0.05ml/h-50ml/h。