[發(fā)明專利]一種金屬硫化物包覆單壁碳納米管納米電纜及其合成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610404733.0
• 申請(qǐng)日: 2016-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN106082166B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張艷麗;何向明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/162
• 分類號(hào): C01B32/162;C01B32/159;C01G9/08;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽技聯(lián)專利代理有限公司21205
• 代理人: 張志剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電纜及其合成方法，特別是涉及一種金屬硫化物包覆單壁碳納米管納米電纜及其合成方法。

背景技術(shù)

單壁碳納米管具有獨(dú)特的電學(xué)性能，這使得其可潛在應(yīng)用于納米電子、透明導(dǎo)電膜、導(dǎo)電聚合物納米復(fù)合材料之中。金屬硫化物為具有一定寬度帶隙的半導(dǎo)體，其納米結(jié)構(gòu)被廣泛探索應(yīng)用于光催化劑、光致發(fā)光和傳感器之中。以單壁碳納米管為內(nèi)核、以金屬硫化物為外殼的納米電纜結(jié)構(gòu)可以結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，從而展現(xiàn)出某些新奇的性質(zhì)。

通常情況所得的單壁碳納米管樣品通常是以管束的形式存在，所以，在幾種已有的以單壁碳納米管為核的納米電纜的制備方法中，首先將單壁碳納米管在溶液中進(jìn)行分散，使管束分散為單根，然后對(duì)單根的單壁碳納米管用無機(jī)材料前驅(qū)體進(jìn)行包覆。由于單壁碳納米管束分散較難，增加了納米電纜的制備難度，故目前以單壁碳納米管為核的納米電纜結(jié)構(gòu)較有限。另外，單壁碳納米管的分散通常需要超聲處理及添加表面活性劑，這不可避免的會(huì)給單壁碳納米管引入缺陷和雜質(zhì)，進(jìn)而影響其本征特性。研究人員尋找采用一步法合成具有完整單壁碳納米管內(nèi)核的納米電纜的方法。曾有研究人員通過氫電弧方法直接合成了無定形氧化硅包覆單壁碳納米管的納米電纜結(jié)構(gòu)，這表明直接合成含有單壁碳納米管的納米電纜是可行的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬硫化物包覆單壁碳納米管納米電纜及其合成方法，本發(fā)明直接合成金屬硫化物包覆單壁碳納米管納米電纜，金屬硫化物為具有一定寬度帶隙的半導(dǎo)體，具有優(yōu)良的光電化學(xué)特性；有利于單壁碳納米管納米尺度電效應(yīng)的發(fā)揮；該納米電纜結(jié)構(gòu)將結(jié)合殼核兩種材料的優(yōu)異特性，體現(xiàn)出更加優(yōu)異的新奇特性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種金屬硫化物包覆單壁碳納米管納米電纜，所述電纜原料為石墨、催化劑、含硫生長促進(jìn)劑、硅粉、金屬粉或金屬化合物粉，金屬硫化物團(tuán)簇包覆于單壁碳納米管表面，形成納米電纜；催化劑為鐵、鈷、鎳過渡族元素之一種或兩種以上混合，加入量為0.01-40.0 wt.%；含硫生長促進(jìn)劑的加入量為0.01-30.0 wt.%；硅粉的加入量為0-40.0 wt.%；金屬粉或金屬化合物粉加入量為0.005-30.0 wt.%；余量為石墨。

一種金屬硫化物包覆單壁碳納米管納米電纜合成方法，所述方法包括如下制備過程：采用化學(xué)氣相沉積（CVD）熱反應(yīng)法的方式原位制備；將石墨、催化劑、含硫生長促進(jìn)劑、硅粉、金屬粉或金屬化合物粉壓制；采用惰性氣氛作為保護(hù)氣氛及載氣；在控制溫度下，石墨、催化劑、含硫生長促進(jìn)劑、硅粉反應(yīng)生成單壁碳納米管；含硫生長促進(jìn)劑與金屬粉或金屬化合物粉反應(yīng)生成金屬硫化物；在惰性氣氛的載氣作用下，單壁碳納米管和金屬硫化物團(tuán)簇離開原料表面，流向低溫區(qū)；在此過程中，金屬硫化物團(tuán)簇包覆于單壁碳納米管表面，制備成納米電纜。

所述的一種金屬硫化物包覆單壁碳納米管納米電纜合成方法，所述惰性氣氛為Ar、N₂、He、H₂氣氛之一或幾種混合，流量為5-2000 ml/min。

所述的一種金屬硫化物包覆單壁碳納米管納米電纜合成方法，所述升溫速率為2-50°C/min，反應(yīng)溫度為600-1300°C之間，反應(yīng)時(shí)間為0.1-10 h。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是：

1.本發(fā)明將石墨、催化劑、含硫生長促進(jìn)劑、金屬粉（或金屬化合物粉）等原料共蒸發(fā)，原位、同步完成單壁碳納米管的生長和金屬硫化物的包覆，工藝過程簡單；

2.本發(fā)明避免了純化、超聲分散、電化學(xué)沉積、有機(jī)介質(zhì)鍵合等物理化學(xué)過程對(duì)單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)和電性能的影響；

3.本發(fā)明得到的納米電纜是分立的，可操縱性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例一中所合成金屬硫化物包覆單壁碳納米管納米電纜的掃描電鏡照片（a）、（b）與透射電鏡照片（c）、（d）。

圖2為實(shí)施例二中所合成金屬硫化物包覆單壁碳納米管納米電纜的掃描電鏡照片（a）、（b）。

圖3為實(shí)施例三中所合成金屬硫化物包覆單壁碳納米管納米電纜的掃描電鏡照片（a）、（b）。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例一