技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及
納米材料制備科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是將
單壁碳納米管管束剝離成單根離散的單壁碳納米管的方法。
背景技術(shù)
[0002] 單壁碳納米管(single-walled?carbon?nanotubes,SWCNTs)是一種具有
單層管壁的一維管狀結(jié)構(gòu)的碳納米材料。單壁碳納米管有著優(yōu)異的物理、化學(xué)特性，在
力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)以及
電子學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前我們所獲得的單壁碳納米管并不是以單根離散的形式存在的，而是管與管之間通過(guò)六
角密堆形成管束的形式存在的。這些管束中管與管之間具有強(qiáng)烈的范德華力作用，很難將其剝離，同時(shí)也非常難以分散在
水中。這種狀態(tài)不但不能充分發(fā)揮單壁碳納米本身的一些優(yōu)異性能本身的一些優(yōu)異性能(如光學(xué)特性)，而且還會(huì)限制碳納米管的在一些領(lǐng)域的應(yīng)用，如作為藥物傳輸載體的應(yīng)用。因此，需要將單壁碳納米管管束剝離成單根離散型的單壁碳納米管，并使其具有較好的
水溶性。目前，將單壁碳納米管管束分散成單根單壁碳納米管最常用方法是超高速離心輔助的超聲分散法。這種方法往往需要大型的離心設(shè)備裝置、操作比較復(fù)雜而且處理起來(lái)也比較耗時(shí)。而且這種方法在超聲階段為了將單壁碳碳納米管分散而必須引入一些
表面活性劑、
聚合物等，這往往給碳納米管后續(xù)的處理以及應(yīng)用帶來(lái)的困難。同時(shí)，這種方法需要用超高速離心(通常50000轉(zhuǎn)以上)對(duì)樣品進(jìn)行提取，每次處理量也非常的少(通常在微克量級(jí))，在實(shí)際應(yīng)用中也難以推廣。因此，發(fā)明一種將單壁碳納米管管束剝離成單根離散的單壁碳納米管的方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
發(fā)明內(nèi)容
[0003] 本發(fā)明的目的就是針對(duì)
現(xiàn)有技術(shù)的一些不足，提供一種將單壁碳納米管管束剝離成單根離散的單壁碳納米管的方法。
[0004] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明利用高錳酸
鉀與濃
硫酸插層
氧化作用，對(duì)單壁碳納米管束進(jìn)行插層剝離，得到了具有水溶性的單根離散單壁碳納米管。
[0005] 本發(fā)明的方法包括如下步驟：
[0006] 將初始的單壁碳納米管固體和高錳酸鉀固體以一定的配比分別加入到過(guò)量的濃硫
酸溶液中，得到的反應(yīng)
混合液置于40-70℃的水浴中持續(xù)攪拌反應(yīng)1-6h，將反應(yīng)完的混合液用去離子水稀釋?zhuān)偌尤脒^(guò)量雙氧水溶液還原除去生成的二氧化錳固體，經(jīng)過(guò)微孔濾
膜過(guò)濾以及稀
鹽酸溶液的洗滌后，得到的固體再用去離子水通過(guò)高速離心洗滌至上層清液為中性(PH＝6-7)，然后取下層固體加去離子水充分?jǐn)嚢韬?，進(jìn)一步離心后，取上層均一、穩(wěn)定的溶液，即得到具有高分散性的單根單壁碳納米管水溶液。將該溶液過(guò)濾后收集到的黑色固體即為單根的(非管束型的)單壁碳納米管。
附圖說(shuō)明
[0007] 圖1為原始單壁碳納米管的掃描電鏡照片。
[0008] 圖2為原始單壁碳納米管管束的高分辨透射電鏡照片
[0009] 圖3為單根離散的單壁碳納米管掃描探針
顯微鏡照片。
[0010] 圖4為單根的非管束型的單壁碳納米管掃描電鏡照片。
[0011] 圖5為單根的非管束型的單壁碳納米管透射電鏡照片。
[0012] 圖6為單根離散的單壁碳納米管掃描探針顯微鏡照片。
[0013] 圖7為單根離散的單壁碳納米管掃描探針顯微鏡照片。
具體實(shí)施方式
[0014] 實(shí)例1：
[0015] 將初始的單壁碳納米管(圖1和圖2)0.1克以及0.2克的高錳酸鉀固體依次加入到盛有10ml的濃硫酸(98％)的燒杯中，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，置?0℃的恒溫水浴鍋中攪拌處理3小時(shí)，待冷卻至室溫后，用約100ml的去離子水稀釋?zhuān)⒉粩鄶嚢?，再加入約10ml的30％雙氧水溶液，攪拌反應(yīng)15分鐘后，用微孔濾膜過(guò)濾。得到的黑色固體直接倒入100ml的4％的稀鹽酸中攪拌洗滌，再用微孔濾膜過(guò)濾，并用去離子水過(guò)濾洗滌，得到的黑色固體再倒入到200ml的去離子水中充分?jǐn)嚢韬螅秒x心機(jī)在14000轉(zhuǎn)下離心30分鐘，分層后，倒掉上層清液，并繼續(xù)往離心管中加入適量的去離子水充分?jǐn)嚢柘礈烊缓笤俅坞x心，分層，倒掉上層清液，如此反復(fù)離心洗滌4-6次，最后將得到的離心沉降物收集并加入約200ml的去離子水，攪拌30分鐘后，得到的分散液用離心機(jī)在14000轉(zhuǎn)下離心30分鐘后，小心提取收集上層分散溶液，收集到分散溶液即為高分散的單根單壁碳納米管水溶液。溶液中分散的單壁碳納米管是單根的離散的，其管徑為1-2nm(圖3)。將該溶液用微孔濾膜過(guò)濾后收集到的黑色固體放在干燥箱中烘干即得到單根的非管束型的單壁碳納米管(圖4)。
[0017] 將初始的單壁碳納米管0.1克以及0.1克的高錳酸鉀固體依次加入到盛有10ml的濃硫酸(98％)的燒杯中，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅糜?0℃的恒溫水浴鍋中攪拌處理6小時(shí)，待冷卻至室溫后，用約100ml的去離子水稀釋?zhuān)⒉粩鄶嚢瑁偌尤爰s10ml的30％雙氧水溶液，攪拌反應(yīng)15分鐘后，用微孔濾膜過(guò)濾。得到的黑色固體直接倒入100ml的4％的稀鹽酸中攪拌洗滌，再用微孔濾膜過(guò)濾，并用去離子水過(guò)濾洗滌，得到的黑色固體再倒入到200ml的去離子水中充分?jǐn)嚢韬?，用離心機(jī)在14000轉(zhuǎn)下離心30分鐘，分層后，倒掉上層清液，并繼續(xù)往離心管中加入適量的去離子水充分?jǐn)嚢柘礈烊缓笤俅坞x心，分層，倒掉上層清液，如此反復(fù)離心洗滌4-6次，最后將得到的離心沉降物收集并加入約200ml的去離子水，攪拌30分鐘后，得到的分散液用離心機(jī)在14000轉(zhuǎn)下離心30分鐘后，小心提取收集上層分散溶液，收集到分散溶液即為高分散的單根單壁碳納米管水溶液。溶液中分散的單壁碳納米管是單根的離散的。(圖5)將該溶液用微孔濾膜過(guò)濾后收集到的黑色固體放在干燥箱中烘干即得到單根的非管束型的單壁碳納米管。
[0018] 實(shí)施例3：
[0019] 將初始的單壁碳納米管0.1克以及0.4克的高錳酸鉀固體依次加入到盛有10ml的濃硫酸(98％)的燒杯中，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅糜?0℃的恒溫水浴鍋中攪拌處理1小時(shí)，待冷卻至室溫后，用約100ml的去離子水稀釋?zhuān)⒉粩鄶嚢?，再加入約10ml的30％雙氧水溶液，攪拌反應(yīng)15分鐘后，用微孔濾膜過(guò)濾。得到的黑色固體直接倒入100ml的4％的稀鹽酸中攪拌洗滌，再用微孔濾膜過(guò)濾，并用去離子水過(guò)濾洗滌，得到的黑色固體再倒入到200ml的去離子水中充分?jǐn)嚢韬?，用離心機(jī)在14000轉(zhuǎn)下離心30分鐘，分層后，倒掉上層清液，并繼續(xù)往離心管中加入適量的去離子水充分?jǐn)嚢柘礈烊缓笤俅坞x心，分層，倒掉上層清液，如此反復(fù)離心洗滌4-6次，最后將得到的離心沉降物收集并加入約200ml的去離子水，攪拌30分鐘后，得到的分散液用離心機(jī)在4000轉(zhuǎn)下離心30分鐘后，小心提取收集上層分散溶液，收集到分散溶液即為高分散的單根單壁碳納米管水溶液。溶液中分散的單壁碳納米管是單根的離散的。(圖6)將該溶液用微孔濾膜過(guò)濾后收集到的黑色固體放在干燥箱中烘干即得到單根的非管束型的單壁碳納米管。
[0020] 實(shí)施例4：
[0021] 將初始的單壁碳納米管0.1克以及0.1克的高錳酸鉀固體依次加入到盛有10ml的濃硫酸(98％)的燒杯中，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，置?0℃的恒溫水浴鍋中攪拌處理1小時(shí)，待冷卻至室溫后，用約100ml的去離子水稀釋?zhuān)⒉粩鄶嚢?，再加入約10ml的30％雙氧水溶液，攪拌反應(yīng)15分鐘后，用微孔濾膜過(guò)濾。得到的黑色固體直接倒入100ml的4％的稀鹽酸中攪拌洗滌，再用微孔濾膜過(guò)濾，并用去離子水過(guò)濾洗滌，得到的黑色固體再倒入到200ml的去離子水中充分?jǐn)嚢韬螅秒x心機(jī)在14000轉(zhuǎn)下離心30分鐘，分層后，倒掉上層清液，并繼續(xù)往離心管中加入適量的去離子水充分?jǐn)嚢柘礈烊缓笤俅坞x心，分層，倒掉上層清液，如此反復(fù)離心洗滌4-6次，最后將得到的離心沉降物收集并加入約200ml的去離子水，攪拌30分鐘后，得到的分散液用離心機(jī)在14000轉(zhuǎn)下離心30分鐘后，小心提取收集上層分散溶液，收集到分散溶液即為高分散的單根單壁碳納米管水溶液。溶液中分散的單壁碳納米管是單根的離散的。(圖7)將該溶液用微孔濾膜過(guò)濾后收集到的黑色固體放在干燥箱中烘干即得到單根的非管束型的單壁碳納米管。
