[發(fā)明專利]一種制備螺旋碳納米管宏觀體的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110272771.2
• 申請(qǐng)日: 2011-09-15
• 公開（公告）號(hào): CN102424377A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江奇;和臘梅;盧曉英;趙勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02;B82Y40/00
• 代理公司: 成都博通專利事務(wù)所 51208
• 代理人: 林毓安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及制備螺旋碳納米管宏觀體的方法。

背景技術(shù)

碳納米管可以看作是由石墨片層卷曲而形成的一維管狀納米結(jié)構(gòu)。自從1991年日本科學(xué)家lijima首次發(fā)現(xiàn)碳納米管以來(lái)，以其獨(dú)特的物理性質(zhì)和特殊的準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)，迅速成為物理、化學(xué)和材料科學(xué)交叉領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。

大部分碳納米管都呈現(xiàn)直的一維線狀結(jié)構(gòu)，但如果在碳納米管中引入非碳六環(huán)結(jié)構(gòu)可使管狀出現(xiàn)彎曲環(huán)繞，形成螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋碳納米管(coiled?carbon?nanotubes)就是一種彎曲環(huán)繞，形成螺線狀結(jié)構(gòu)的碳納米管。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明：依據(jù)直徑和螺旋度不同，碳納米管表現(xiàn)出從半導(dǎo)體到金屬的一系列電學(xué)性質(zhì)(Odom，T.W.；Huang，J.L；Kim，P.；Lieber，C.M.J.Phys.Chem.B，2000，104，2794.)。它還具有優(yōu)良的微波吸收性能，在輕質(zhì)微波吸收材料方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)，當(dāng)其用于高聚物的增強(qiáng)材料時(shí)，所形成的復(fù)合材料具有良好的機(jī)械強(qiáng)度。

目前螺旋碳納米管的制備方法主要是催化化學(xué)氣相沉積法，該類方法中以催化劑和碳源進(jìn)入反應(yīng)器方式的不同又可分為負(fù)載法和浮游法。負(fù)載法需要用浸漬、鍍膜、離子濺射、電化學(xué)沉積等預(yù)先將催化劑負(fù)載到載體上，然后將催化劑置入反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)螺旋碳納米管的生長(zhǎng)，但該方法制備過(guò)程較為復(fù)雜，產(chǎn)率較低。浮游法是將催化劑和碳源一起置入反應(yīng)器中，催化劑原位形成，即催化劑浮游進(jìn)入反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)螺旋碳納米管的生長(zhǎng)。這些都是通過(guò)催化劑的處理來(lái)直接生長(zhǎng)螺旋碳納米管，所得螺旋碳納米管的形貌各異，也談不上宏觀體的概念。

所以造成螺旋碳納米管在使用過(guò)程中，相互纏繞，極難分散，給使用帶來(lái)困難。鑒于此，本發(fā)明提出一種制備螺旋碳納米管宏觀體的方法，可大大提高螺旋碳納米管的產(chǎn)量與應(yīng)用能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制備螺旋碳納米管宏觀體的方法，它能有效地獲得螺旋碳納米管宏觀體。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用技術(shù)方案是的其具體做法是：

A.過(guò)濾法制備碳納米管基底材料

將碳納米管粉末用硝酸或硫酸或者二者的混合液進(jìn)行純化處理，然后加入到有機(jī)溶劑中，經(jīng)超聲分散、過(guò)濾、真空干燥，獲得碳納米管基底材料；

B.螺旋碳納米管催化劑的負(fù)載

取催化劑和檸檬酸配制成催化劑溶液，并將過(guò)濾法制得的碳納米管基底材料在上述催化劑溶液中浸漬1-200min，溫度為100～500℃條件下保溫，經(jīng)浸漬和保溫操作次數(shù)為1～200次操作后，得到負(fù)載有催化劑的碳納米管基底材料；

C.螺旋碳納米管宏觀體的制備

將負(fù)載有催化劑的碳納米管基底材料置于管式電阻爐的石英管中，在升溫的過(guò)程中，向石英管內(nèi)通入氬氣或氮?dú)猓簧郎刂?80～1200℃時(shí)改通氫氣，保溫5～300min；然后，在600～1200℃條件下通入乙炔、甲烷、天然氣中的一種以及乙炔、甲烷、天然氣中的一種與氬氣或氮?dú)獾幕旌蠚?～300min；最后通入氬氣或氮?dú)饫鋮s至室溫，去掉催化劑后得到螺旋碳納米管宏觀體。

A步中所述的有機(jī)溶劑為乙醇、N-N二甲基甲酰胺；

B步中所述的催化劑和檸檬酸的摩爾比為1∶1～1∶20；

B步中所述的催化劑為納米級(jí)鐵、鈷或鎳，以及能在780～1200℃下還原成納米級(jí)鐵、鈷或鎳的化合物；

本發(fā)明方法的機(jī)理是：在碳納米管宏觀體的表面或內(nèi)部負(fù)載螺旋碳納米管生長(zhǎng)的催化劑，利用碳納米管宏觀體的不規(guī)則空間進(jìn)一步引導(dǎo)螺旋碳納米管的生長(zhǎng)。最終將螺旋碳納米管生長(zhǎng)于碳納米管宏觀體內(nèi)部和表面，形成由螺旋碳納米管穿插和包裹一般碳納米管而組成的螺旋碳納米管宏觀體。

與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明方法提出的一種制備螺旋碳納米管宏觀體的方法，通過(guò)該方法，可制備得到螺旋碳納米管宏觀體。該方法借用目前能大批量生產(chǎn)的一般碳納米管為基底材料，將螺旋碳納米管穿插和包裹在其上，從而組成螺旋碳納米管宏觀體，可大大保留螺旋碳納米管在應(yīng)用時(shí)的本來(lái)形貌。從而有效避免了螺旋碳納米管本身具有的高纏繞、難分散、產(chǎn)量低難以應(yīng)用的缺點(diǎn)，大大提高了螺旋碳納米管的應(yīng)用性。本發(fā)明方法具有操作簡(jiǎn)單，所得螺旋碳納米管形貌易控，所得產(chǎn)品應(yīng)用性強(qiáng)且產(chǎn)量高的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一方法制備的碳納米管宏觀體的數(shù)碼照片。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一方法制備的螺旋碳納米管宏觀體中螺旋碳納米管的掃描電鏡圖。