[發(fā)明專利]一種碳納米管的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310088322.1
• 申請(qǐng)日: 2013-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN104058383A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周明杰;王要兵;袁新生;鐘輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料合成領(lǐng)域，尤其涉及一種碳納米管的制備方法。

背景技術(shù)

碳納米管是由碳原子單層繞同軸纏繞而成或由單層石墨圓筒沿同軸層層套構(gòu)而成的管狀物，1991年由筑波NEC實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家飯島澄男使用高分辨率分析電鏡從電弧法生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)。碳納米管重量輕、強(qiáng)度高，柔韌性好，具有良好的導(dǎo)電性能和傳熱性能，是理想的高強(qiáng)度纖維材料。

目前碳納米管的制備方法主要為化學(xué)氣相沉積法，包括微波等離子體化學(xué)氣相沉積、射頻等離子體化學(xué)氣相沉積、熱絲化學(xué)氣相沉積等，其缺陷在于，一方面，碳納米管生長(zhǎng)不均勻，表面混有大量不定型碳；另一方面，碳納米管在生長(zhǎng)過(guò)程中不斷包覆催化劑，不但降低了催化劑的利用率，而且也使得后續(xù)的碳原子無(wú)法繼續(xù)長(zhǎng)成碳納米管，生產(chǎn)率低，能耗高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)缺陷，提供一種碳納米管的制備方法，該方法先將含碳?xì)怏w與水汽混合后再通入至反應(yīng)室中進(jìn)行反應(yīng)，利用水汽激活催化劑并帶走不定型碳，減少了碳納米管表面的雜質(zhì)并提高了催化劑的利用效率。

本發(fā)明解決上述技術(shù)缺陷所采用的方案為，一種碳納米管的制備方法，包括如下步驟：

提供表面帶有金屬催化劑的襯底，將所述襯底放入氣相沉積設(shè)備中，密封后排除反應(yīng)室內(nèi)的空氣，使反應(yīng)室呈真空態(tài)；其中，所述金屬催化劑為鐵粉、鎳粉、鈷粉和鉬粉中的至少一種；

加熱所述襯底至700～1100℃，然后以50～1000sccm的流量將含碳?xì)怏w通入溫水中，收集冒出的氣體并導(dǎo)入反應(yīng)室中，保溫反應(yīng)10～300分鐘，待反應(yīng)結(jié)束后停止通入含碳?xì)怏w并停止加熱，冷卻至室溫后取出襯底，得到碳納米管。

在本發(fā)明實(shí)施例中，在700～1100℃下，含碳?xì)怏w流經(jīng)金屬催化劑表面時(shí)分解釋放出碳原子，碳原子在金屬催化劑表面不斷析出生成碳納米管。在水輔助作用下，由于水汽具備激活催化劑的作用，所以碳納米管生長(zhǎng)效率高，催化劑利用率高，水汽還有帶走不定型碳的作用，所以制備的碳納米管表面潔凈，雜質(zhì)少，純度高。

優(yōu)選地，所述提供表面帶有金屬催化劑的襯底為：將襯底清潔后干燥，然后在襯底表面涂覆一層金屬催化劑粉末。

還優(yōu)選地，所述提供表面帶有金屬催化劑的襯底為：將襯底清潔后干燥，然后在襯底表面涂覆一層金屬鹽粉末，接著用還原性氣體將襯底上的金屬鹽還原為金屬，其中，所述金屬鹽為硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸鉬、氯化鐵、氧化亞鐵、氯化鎳、氯化鈷和氯化鉬中的至少一種。更優(yōu)選地，所述還原操作在400～500℃下進(jìn)行。

還優(yōu)選地，所述提供表面帶有金屬催化劑的襯底為：將襯底清潔干凈后放入金屬鹽溶液中浸泡1～10分鐘，取出后用還原性氣體將襯底上的金屬鹽還原為金屬，得到表面帶有金屬催化劑的襯底；其中，所述金屬鹽為硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸鉬、氯化鐵、氧化亞鐵、氯化鎳、氯化鈷和氯化鉬中的至少一種。更優(yōu)選地，所述還原操作在400～500℃下進(jìn)行。

更優(yōu)選地，所述還原性氣體為氫氣、一氧化碳或氫氣與氮?dú)獍大w積比1：19組成的混合氣體。

優(yōu)選地，所述襯底為硅片、氧化硅片或不銹鋼片。

優(yōu)選地，所述襯底的清潔操作為：將襯底浸泡至丙酮中進(jìn)行超聲清洗10～30分鐘，再依次用乙醇和去離子水進(jìn)行超聲清洗，清洗干凈后放入真空干燥箱中干燥。

優(yōu)選地，所述排除反應(yīng)室內(nèi)的空氣，具體操作為：開啟抽氣系統(tǒng)，抽出反應(yīng)室的空氣，待反應(yīng)室內(nèi)的工作壓力達(dá)到10^-4～1Pa的真空態(tài)時(shí)，再以20～100sccm的流量往反應(yīng)室內(nèi)通入保護(hù)性氣體。

更優(yōu)選地，所述保護(hù)氣體為氫氣、氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

優(yōu)選地，所述含碳?xì)怏w為甲烷、乙烷、乙炔、丙烷和一氧化碳中的至少一種。

優(yōu)選地，所述溫水的溫度為30～80℃。

優(yōu)選地，所述碳納米管的制備方法，在所述冷卻至室溫后取出襯底后，還進(jìn)一步包括：

將襯底上的碳納米管刮下，置于酸溶液中浸泡1～60分鐘除去金屬催化劑，然后過(guò)濾所述酸溶液，濾取濾渣后干燥，得到碳納米管粉體。

更優(yōu)選地，所述酸溶液為鹽酸、硫酸或硝酸。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述碳納米管及其制備方法具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明利用金屬催化劑作為基體，誘導(dǎo)碳原子繞金屬催化劑纏繞而形成碳納米管，減小了不定型碳的形成；

（2）利用水汽清洗催化劑的作用，提高了催化劑的利用率；另外水汽可還可帶走碳納米管外的不定型碳，減少了碳納米管上的雜質(zhì)；制備方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，易于操作。

附圖說(shuō)明