[發明專利]一種提高碳納米管石墨化程度的方法

有效

• 申請號: 201410173082.X
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103935993A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 趙江;王偉;張長春
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;B82Y40/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及納米材料工藝技術領域，特別涉及一種有效提高碳納米管石墨化結構的方法。

背景技術

碳納米管作為一種納米材料，以其獨特的結構和卓越的性質，有著廣泛的應用前景，例如高強度材料、導電導熱復合材料、納米半導體器件、儲能材料以及傳感器等領域。

目前工業化碳納米管產品多采用化學氣相沉積法(Chemical?Vapor?Deposition:CVD)生長。但CVD法的生長溫度低(通常為700～1000℃)，使得所生長的碳納米管石墨化程度不夠，無序性增加，結構缺陷增多，如空位、懸空鍵、邊緣和錯位等(B.D.Andrews?et?al.Nano?Lett.,2002,2(6):615-619)。結構缺陷的增多明顯地導致碳納米管的性能大打折扣。實驗表明，高溫處理可以有效改善碳納米管的有序結構，提高碳納米管的性質(M.S.Giorcelli?et?al.Diamond?Relat.Mater.,2008,17(4–5):542-547)。例如，Zhou等發現多壁碳納米管經過高溫退火處理后，束狀的碳管的電傳輸和熱傳輸性能較之前有著明顯地提高(J.R.Zhou?et?al.Physica?B,2007,388(1-2):326-330)。Pao等發現高溫退火可以增強碳納米管的場發射性能(R.S.C.Pao?et?al.J.Nanosci.Nanotechno.,2009,9(12):6799-6805)。然而，這些常用的高溫處理方法存在升溫速率慢、能耗高、費時等不足，并且都需要昂貴的特殊設備，另外，持續、過度加熱也會對碳納米管結構有所破壞，事倍功半。而本發明能夠很好地解決上面的問題。

發明內容

本發明目的在于提供了一種快速、有效的提高碳納米管石墨化程度的方法，該方法能夠提高市售工業化碳納米管的物理性能，拓寬其應用領域。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：一種提高碳納米管石墨化程度的方法，該方法包括如下步驟：

步驟1：將納米級的鋁粉與三氧化二鐵或四氧化三鐵粉末按一定的摩爾比充分混合均勻，形成鋁熱劑；

步驟2：將市售的碳納米管裝入到一石墨管中壓實并將其密封，然后用鋁熱劑包覆在石墨管表面；

步驟3：以金屬鎂條作為引燃劑，點燃鋁熱劑，發生猛烈反應并放出大量的熱，使得碳納米管的C-C鍵發生重排；

步驟4：將處理后的碳納米管從石墨管中取出，利用拉曼光譜分析其石墨化程度的改變情況。

上述方法的步驟1中，所述鋁粉與氧化鐵粉末的摩爾比為1:0.375～1.5。

上述方法的步驟2中，石墨管的管壁厚度為1mm；石墨管外徑<10nm，管長5～15μm，純度為>97％。

本發明是將碳納米管放置于石墨管中并壓實，并將石墨管的兩端封閉，然后將納米級鋁粉與三氧化二鐵或四氧化三鐵混合而成的鋁熱劑包覆在石墨管外面；以金屬鎂條作為引燃劑，點燃鋁熱劑，利用猛烈反應放出的大量的熱快速作用于碳納米管，使其C-C鍵發生重排。

有益效果：

1、本發明不需要昂貴的設備，原料易得，操作簡單，能夠快速加熱、能耗低、處理周期短，可大大節省能源，節約時間，適用于大批量優化碳納米管結構。

2、本發明利用鋁熱反應原理放出的大量的熱處理碳納米管，提高碳納米管石墨化程度，減少缺陷，優化碳管結構。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中未處理的市售CVD多壁碳納米管的拉曼光譜圖。

圖2為本發明實施例2中處理過的市售CVD多壁碳納米管的拉曼光譜圖。

具體實施方式

以下結合說明書附圖對本發明創造作進一步的詳細說明。

在本發明的實施例中，所處理的碳納米管的外徑15～25nm，管長5～15μm，純度為>97％。

在本發明的實施例中，對碳納米管進行拉曼光譜的設備為Renishaw?inVia型拉曼光譜儀，激光波長為532nm(40mW)。

實例1：