[發明專利]一種單壁碳納米管溶液體系間置換方法

有效

• 申請號: 202010181685.X
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111348641B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 金赫華;李亞輝;邱松;鄭苗苗;姚建;李清文
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C01B32/159
• 分類號: C01B32/159;C01B32/174;C01B32/17
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明公開了一種碳納米管溶液體系間置換方法。所述置換方法包括：將單壁碳納米管原料、第一聚合物分散劑分散于第一有機溶劑中，形成單壁碳納米管分散液，之后超高速離心，分離獲得單壁碳納米管沉淀物，聚合物去除率為80～99％；而后將其分散于第二有機溶劑中，加入不良溶劑，低速離心，收集混合液中的單壁碳納米管絮狀沉淀并清洗，獲得潔凈的單壁碳納米管，聚合物去除率為95～99.99％；之后將其重新分散于新的體系(水相體系或其他有機相體系)。本發明對聚合物的去除率高達99.99％，置換條件溫和，從而使碳納米管可以重新分散到水相體系或者其他聚合物包裹的有機相體系中，可實現半導體或特定手性單壁碳納米管溶液的體系間置換。

技術領域

本發明涉及一種單壁碳納米管溶液體系間置換方法，屬于碳納米管技術領域。

背景技術

由于單壁碳納米管具有優異的光、電特性，因而被認為是納米科學和技術上最有潛力的材料。然而，生產出的單壁碳納米管包含了不同的手性種類和導電屬性，不同類型的單壁碳納米管具有不同的性質，這就使得其在應用方面有一定的局限性。所以，對于單壁碳納米管的分離技術在近些年得到了迅速發展，比如密度梯度離心、離子交換色譜、凝膠色譜柱、電泳、雙水相體系以及共軛聚合物包覆和小分子萃取。與此同時，對于不同實際應用下的單壁碳納米管需要在不同溶劑或分散劑體系下分散。如單壁碳納米管在電子領域的應用需要將原本分散液的聚合物盡可能的去除，形成較少的聚合物或分散劑體系，使碳納米管間的肖特基勢壘和碳納米管與電極間的電阻減少，以增強單壁碳納米管在電子領域的應用性能。又如在有機體系中可以分散純度較高的半導體或特定手性的單壁碳納米管，但有機的溶液環境極大限制了其在生物醫學領域的應用，若能使有機相中分散的單壁碳納米管可以置換到水相中，則會大大提高半導體或特定手性的單壁碳納米管在更多領域的擴展應用。

對于聚合物分散體系下的單壁碳納米管溶液完成不同體系間置換，存在的困難主要包括兩個方面：一是，如何去除碳納米管表面聚合物得到干凈的碳納米管顆粒；二是，如何將干凈的碳納米管顆粒重新分散到水相分散體系或其他聚合物的有機分散體系中。

目前的技術中能同時囊括兩個方面的少之又少。為了實現單壁碳納米管溶液體系間的置換，首要目標就是盡可能地去除當前溶液中的聚合物或分散劑。對于碳納米管表面聚合物或分散劑的去除，包括采用各種清洗分離方法或設計結構可調控的聚合物、可降解聚合物以及氫鍵鍵連的聚合物，等等。在過去的十年中，研究人員做出了大量的努力。比如，在水相體系中，由于碳納米管表面與溶液中游離的分散劑呈動態平衡狀態，有些科研人員便嘗試用過濾和透析的方法去除表面的分散劑，但是這些方法容易導致碳納米管的聚集，同時去除也不是太有效。另外在有機相中，也做過很多嘗試，比如，Fabien等人設計了基于芴基的可光裂解的聚合物；liang等人合成了一系列的氧化還原劑和PH響應的聚合物，通過改變體系狀態實現聚合物構型改變從而實現分散劑從碳納米管表面的脫除；鮑哲楠等人設計了一種通過氫鍵鏈接的超分子聚合物，這種結構可以通過添加一些強質子酸斷裂氫鍵使得分子解聚，從而實現從碳納米管表面的脫除，但是，到目前為止，這些方法仍有較多的缺點，一方面是聚合物的去除不夠徹底，且不能去除碳納米管表面99.99％以上的聚合物，使碳納米管在新的體系下，新的聚合物或分散劑在溶液中無法成功包裹上碳納米管，也就無法形成新的穩定的分散溶液，無法完成單壁碳納米管溶液體系間的置換。另一方面，在去除聚合物得到碳管粉體的過程中，很容易導致碳管的過度團聚，形成管間作用力很強的碳管管束，這種管束很難被新的分散劑重新分散開，對于后續置換體系的處理會帶來更大的困難。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種單壁碳納米管溶液體系間置換方法，從而克服了現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種單壁碳納米管溶液體系間置換方法，其包括：