一种基于固相热化学反应的表面单壁碳纳米管的化学修饰方法，本发明专利技术涉及纳米材料领域，具体是一定条件下表面上的单壁碳纳米管的固相热化学修饰。本发明专利技术要解决现有技术存在操作工艺复杂，反应不可控的问题。方法：一、在单晶石英表面生长单壁碳纳米管；二、转移单壁碳纳米管；三、固相热化学修饰。本发明专利技术操作工艺简单，设备简单，反应可控，修饰效果好，无污染。本发明专利技术用于化学修饰表面单壁碳纳米管。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米材料领域，具体是一定条件下表面上的单壁碳纳米管的固相热化学修饰。
技术介绍
单壁碳纳米管是碳原子按照六边形网格构成的一维管状结构，也可以看成是由单层石墨烯按照一定方向卷曲而成的一维管状结构。单壁碳纳米管具有很多优异的性能，比如超高的电子迁移率、杨氏模量、导热性能、比表面积等，所以一直受到来自物理、材料和化学等不同领域研究者的普遍青睐，在太阳能电池、场效应晶体管、传感器、聚合物纳米复合材料等领域有着潜在的应用。但是，单壁碳纳米管按照卷曲方向的不同，可以是半导体性，也可以是金属性。到目前为止，尚未找到一种制备完全半导体性单壁碳纳米管的方法。一种有效的把金属性单壁碳纳米管转变成半导体性单壁碳纳米管的方法是化学修饰(MichaelS.Stranoj Christopher A.Dyke, Monica L Usreyj Paul W.Barone, Mathew J.Alien，HongweiShan, Carter Kittrellj Robert H.Haugej James M.Tour, Richard E.Smalley, ElectronicStructure Control of Single-Walled Carbon Nanotube FunctionalizationjScience2003,301:1519-1522)。利用半导体性单壁碳纳米管制备场效应晶体管，并进一步用于生物或气体传感器(Yun Wang, John T.ff.Yeow, A Review of Carbon Nanotubes-Based GasSensors, Journal of Sensors2009, 2009:493904),是单壁碳纳米管最有应用前景的方向之一。但是单壁碳纳米管的表面非常惰性，不容易与 生物分子或气体分子结合。通过化学修饰在单壁碳纳米管的表面接枝所需的有机基团，单壁碳纳米管就可以选择性的、高效的与生物分子或气体分子结合，提高传感器的专一性和传感效率。近年来，研究者们专利技术了很多种通过不同化学反应来修饰单壁碳纳米管的方法(Dimitrios Tasis, Nikos Tagmatarchis, Alberto Bianco, Maurizo Prato, Chemistry ofCarbon Nano tubes, Chemcal Reviews2006, 106:1105-1136),然而这些方法主要是针对溶液中单分散的单壁碳纳米管，这些单壁碳纳米管通常非常短(不超过数百纳米)，分散到表面上之后，单壁碳纳米管杂乱无章，不适合大面积制备场效应晶体管和传感器。对于表面上直接生长的定向排列的超长单壁碳纳米管(数百微米以上)，上述修饰方法的反应条件过于剧烈，反应程度不容易控制；在剧烈的反应过程中，一些单壁碳纳米管会从表面进入溶液。因此专利技术一种能够通过简单的工艺轻易地对表面上的单壁碳纳米管进行化学修饰的方法，就显得非常重要和必要。
技术实现思路
本专利技术要解决现有技术存在操作工艺复杂，反应不可控的问题，而提供。一、依次分别用丙酮、乙醇和去离子水将单晶石英片进行超声清洗lOmin，然后将单晶石英片进行退火处理，退火处理工艺:控制单晶石英片在Ih内升温至880°C，然后恒温8h，再在2h内降至室温；再利用旋涂机控制转速为2000r/min~3000r/min,在退火后的单晶石英上旋涂浓度为0.lmol/L~lOmol/L的氯化铁乙醇溶液；然后放入封闭的石英管中，在空气中升温至880°C，然后充满氩气，再控制流速为140mL/min通入氢气并关闭氩气，保持5min~IOmin,然后控制流速为lL/min通入甲烧，生长15min~45min,停止加热，待温度降至200°C时关闭氢气和甲烷，然后充满氩气并取出表面生长有单壁碳纳米管的单晶石英；二、利用旋涂机控制转速为2000r/min在步骤一得到的表面生长有单壁碳纳米管的单晶石英上旋涂质量浓度为4%的聚甲基丙烯酸甲酯氯苯溶液，然后在温度为80°C的条件下保持15min，将开孔胶带粘贴在单晶石英生长有单壁碳纳米管的一面，然后放入温度为85°〇~951:、浓度为0.5mol/L~2mol/L的氢氧化钾水溶液中浸泡，直至开孔胶带与单晶石英表面分离，取出开孔胶带，将开孔胶带在去离子水中清洗三次，然后放到待负载单壁碳纳米管的材料表面上，切除开孔胶带，得到单壁碳纳米管和PMMA薄膜，然后在温度为80°C条件下保持lOmin，再用热丙酮或热氯苯溶剂浸泡，去除PMMA薄膜，得到待负载单壁碳纳米管的材料表面上的单壁碳纳米管；三、将步骤二得到的表面负载单壁碳纳米管的材料浸泡在过氧化二苯甲酰溶液中，保持5min~30min，取出晾干，再进行固相热化学反应，然后用溶剂清洗，完成。本专利技术的有益效果是:(1)设备简单，仅需要加热板、旋涂机和数个玻璃器皿即可；(2)操作工艺简单，固相反应比广泛采用的液相反应危险性小，易被无专业知识的人员操作，更容易实现产业化；(3)反应可控，可以通过调节反应温度和反应时间精确的控制修饰程度；(4)无污染，固相反应无废液排放，所用的氢氧化钾水溶液和过氧化二苯甲酰溶液可以无限次的重复使用，去除PMMA薄膜所用的热有机溶剂产生的蒸汽在冷凝之后可以无限次的重复使用。本专利技术用于化学修饰表面单壁碳纳米管。【附图说明】图1为实施例一单晶石英表面上定向排列的单壁碳纳米管的原子力显微镜照片；图2为二氧化硅表面上定向排列的单壁碳纳米管的原子力显微镜照片；图3为二氧化硅表面的光学显微镜照片；图4为图3亮斑处的单壁碳纳米管在化学修饰前后的拉曼光谱图，其中曲线I为化学修饰前的拉曼光谱曲线，曲线2为化学修饰后的拉曼光谱曲线；图5为本实施例一步骤二中开孔胶带，其中“ 1”代表孔，“2”代表胶带。 【具体实施方式】本专利技术技术方案不局限于以下所列举的【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】之间的任意组合。【具体实施方式】一:本实施方式，具体是按照以下步骤进行的:一、依次分别用丙酮、乙醇和去离子水将单晶石英片进行超声清洗lOmin，然后将单晶石英片进行退火处理，退火处理工艺:控制单晶石英片在Ih内升温至880°C，然后恒温8h，再在2h内降至室温；再利用旋涂机控制转速为2000r/min~3000r/min,在退火后的单晶石英上旋涂浓度为0.lmol/L~lOmol/L的氯化铁乙醇溶液；然后放入封闭的石英管中，在空气中升温至880°C，然后充满氩气，再控制流速为140mL/min通入氢气并关闭氩气，保持5min~IOmin,然后控制流速为lL/min通入甲烧，生长15min~45min,停止加热，待温度降至200°C时关闭氢气和甲烷，然后充满氩气并取出表面生长有单壁碳纳米管的单晶石英；二、利用旋涂机控制转速为2000r/min在步骤一得到的表面生长有单壁碳纳米管的单晶石英上旋涂质量浓度为4%的聚甲基丙烯酸甲酯氯苯溶液，然后在温度为80°C的条件下保持15min，将开孔胶带粘贴在单晶石英生长有单壁碳纳米管的一面，然后放入温度为85°〇~951:、浓度为0.5mol/L~2mol/L的氢氧化钾水溶液中浸泡，直至开孔胶带与单晶石英表面分离，取出开孔胶带，将开孔胶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于固相热化学反应的表面单壁碳纳米管的化学修饰方法，其特征在于具体是按照以下步骤进行的：一、依次分别用丙酮、乙醇和去离子水将单晶石英片进行超声清洗10min，然后将单晶石英片进行退火处理，退火处理工艺：控制单晶石英片在1h内升温至880℃，然后恒温8h，再在2h内降至室温；再利用旋涂机控制转速为2000r/min～3000r/min，在退火后的单晶石英上旋涂浓度为0.1mol/L～10mol/L的氯化铁乙醇溶液；然后放入封闭的石英管中，在空气中升温至880℃，然后充满氩气，再控制流速为140mL/min通入氢气并关闭氩气，保持5min～10min，然后控制流速为1L/min通入甲烷，生长15min～45min，停止加热，待温度降至200℃时关闭氢气和甲烷，然后充满氩气并取出表面生长有单壁碳纳米管的单晶石英；二、利用旋涂机控制转速为2000r/min在步骤一得到的表面生长有单壁碳纳米管的单晶石英上旋涂质量浓度为4%的聚甲基丙烯酸甲酯氯苯溶液，然后在温度为80℃的条件下保持15min，将开孔胶带粘贴在单晶石英生长有单壁碳纳米管的一面，然后放入温度为85℃～95℃、浓度为0.5mol/L～2mol/L的氢氧化钾水溶液中浸泡，直至开孔胶带与单晶石英表面分离，取出开孔胶带，将开孔胶带在去离子水中清洗三次，然后放到待负载单壁碳纳米管的材料表面上，切除开孔胶带，得到单壁碳纳米管和PMMA薄膜，然后在温度为80℃条件下保持10min，再用热丙酮或热氯苯溶剂浸泡，去除PMMA薄膜，得到待负载单壁碳纳米管的材料表面上的单壁碳纳米管；三、将步骤二得到的表面负载单壁碳纳米管的材料浸泡在过氧化二苯甲酰溶液中，保持5min～30min，取出晾干，再进行固相热化学反应，然后用溶剂清洗，完成一种基于固相热化学反应的表面单壁碳纳米管的化学修饰方法。...
【技术特征摘要】
1.一种基于固相热化学反应的表面单壁碳纳米管的化学修饰方法，其特征在于具体是按照以下步骤进行的: 一、依次分别用丙酮、乙醇和去离子水将单晶石英片进行超声清洗lOmin，然后将单晶石英片进行退火处理，退火处理工艺:控制单晶石英片在Ih内升温至880°C，然后恒温8h，再在2h内降至室温； 再利用旋涂机控制转速为2000r/min~3000r/min,在退火后的单晶石英上旋涂浓度为0.lmol/L~lOmol/L的氯化铁乙醇溶液；然后放入封闭的石英管中，在空气中升温至880°C，然后充满氩气，再控制流速为140mL/min通入氢气并关闭氩气，保持5min~lOmin，然后控制流速为lL/min通入甲烷，生长15min~45min，停止加热，待温度降至200°C时关闭氢气和甲烷，然后充满氩气并取出表面生长有单壁碳纳米管的单晶石英； 二、利用旋涂机控制转速为2000r/min在步骤一得到的表面生长有单壁碳纳米管的单晶石英上旋涂质量浓度为4%的聚甲基丙烯酸甲酯氯苯溶液，然后在温度为80°C的条件下保持15min，将开孔胶带粘贴在单晶石英生长有单壁碳纳米管的一面，然后放入温度为85°〇~951:、浓度为0.5mol/L~2mol/L的氢氧化钾水溶液中浸泡，直至开孔胶带与单晶石英表面分离，取出开孔胶带，将开孔胶带在去离子水中清洗三次，然后放到待负载单壁碳纳米管的材料表面上，切除...
【专利技术属性】
技术研发人员：高波，郭宇，高国栋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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