用于分离基于碳的纳米结构体的组合物、方法和系统技术方案

本发明专利技术总体上涉及用于分离基于碳的纳米结构体的组合物、方法和系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分离基于碳的纳米结构体的组合物、方法和系统相关申请本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2012年5月7日提交且题为“Compositions,Methods,andSystemsforSeparatingCarbon-basedNanostructures”的美国临时专利申请序列号61/643,462的优先权，将其通过参考全部引入本文中用于所有目的。关于联邦资助的研究或开发的声明本专利技术是在根据由陆军研究办公室授予的授权号W911NF-07-D-0004的政府支持下完成的。政府在本专利技术中具有一定权利。
本专利技术总体上涉及用于分离基于碳的纳米结构体的组合物、方法和系统。
技术介绍
基于碳的纳米材料(例如碳纳米管、石墨烯富勒烯)具有使它们在多种应用中是有用的独特的电子、光学和物理特性。受这些潜在的工业规模应用驱使，这些纳米材料正以非常大/大批的量日益增多地被生产。多数应用要求证明对这些材料的特性的大的控制程度。然而，制造方法中的许多产生非均质的产物。例如，多数单壁碳纳米管(SWNT)合成技术产生半导体性和金属性SWNT的混合物。半导体性SWNT对于在场效应晶体管和能量收集中的应用是合乎需要的，而金属性SWNT拥有对于作为透明电极和天线的应用的大量潜力。各应用要求高度纯净的半导体性或金属性SWNT样品。此外，这样的SWNT是高度合乎需要的应用中的许多涉及其中对于所期望的产物的纯化或选择仍是抑制性问题(特别是在大规模下)的化学或处理。因此，需要改善的组合物、方法和系统用于分离基于碳的纳米结构体。
技术实现思路
在一些实施方式中，提供将第一类型的基于碳的纳米结构体与至少一种第二类型的基于碳的纳米结构体至少部分地分离的方法，其包括：提供多个多孔微粒，其中所述多个多孔微粒各自包括与所述微粒缔合(associated)的多个纳米颗粒；使所述多个多孔微粒暴露于基于碳的纳米结构体的混合物，所述基于碳的纳米结构体的混合物包括所述第一类型的基于碳的纳米结构体和所述至少一种第二类型的基于碳的纳米结构体，其中所述第一类型的基于碳的纳米结构体以比所述至少第二类型的基于碳的纳米结构体大的程度被吸引到所述多孔微粒和/或与所述多孔微粒缔合；和从所述基于碳的纳米结构体的混合物至少部分地分离所述多孔微粒，由此收集一批富含所述第一类型的基于碳的纳米结构体的基于碳的纳米结构体。在一些实施方式中，提供制品，其包括：多孔微粒；和与所述多孔微粒缔合的多个纳米颗粒，其被选择为促进所述微粒从介质的分离。附图说明图1的a描绘根据非限制性实施方式，可使用聚丙烯酸使具有～10nm的平均直径的Fe3O4纳米颗粒簇集(群集，cluster)。图1的b显示根据非限制性实施方式的纳米颗粒的图像。图1的c描绘根据一些实施方式的在溶液中的纳米颗粒的磁分离。图2的a描绘根据一些实施方式的芯/壳磁性纳米颗粒的非限制性实例。图2的b显示根据非限制性实施方式的纳米颗粒的图像。图2的c显示根据非限制性实施方式的包含纳米颗粒的溶液。图3的a显示根据非限制性实施方式的沉积在多孔聚合物基体上的Fe3O4颗粒的图像。图3的b显示根据非限制性实施方式的包括多个纳米颗粒的多孔微粒的TEM图像。图3的c显示图3的b中的图像的放大图。图4的a概述根据一些实施方式的选择性地使用多孔微粒提取纯化的SWNT溶液的非限制性方法。图4的b显示根据一些实施方式的磁性多孔微粒的磁分离。图4的c显示根据一些实施方式的分离的基于碳的纳米结构体的光吸收光谱。图5说明根据一些实施方式的基于碳的纳米结构体的磁分离的非限制性实验路线。图6描绘根据一些实施方式的采用点击化学的分离方法/系统。图7的a显示根据非限制性实施方式的在两个条形磁体的场中材料的磁分离的响应。图7的b显示根据非限制性实施方式的大量的分离的碳纳米管的图片。图7的c显示根据非限制性实施方式的包括多种碳纳米管的起始混合材料、以及分离的半导体性和金属性碳纳米管的吸收光谱。图8和12显示根据一些实施方式的基于碳的纳米结构体的溶液的图片和相应的图。图9、10、11和13显示根据一些实施方式的磁分离技术和/或方法的非限制性实例。图14和15显示根据一些实施方式的分离的碳纳米管的数据和图片，其中使用本文中描述的方法和系统分离97mg基本上纯化的纳米管。图16的a显示根据非限制性实施方式的聚合物和纳米颗粒之间的络合。图16的b显示根据一些实施方式的基于碳的纳米结构体和多孔微粒之间的结合的示意图。图17的a显示根据非限制性实施方式的基于碳的纳米结构体特异性对磁珠量的图。图17的b显示根据非限制性实施方式的基于碳的纳米结构体特异性对时间的图。图18显示根据一些实施方式的分离的基于碳的纳米结构体和起始材料的吸收光谱。图19的a显示根据非限制性实施方式的关于多种磁珠量的解吸的材料的吸收光谱。图19的b显示根据非限制性实施方式的关于多种磁珠量的上清液的吸收光谱。图19的c显示根据非限制性实施方式的在多种时间间隔处的解吸的材料的吸收光谱。图19的d显示根据非限制性实施方式的在多种时间间隔处的上清液的吸收光谱。图20的a显示根据一些实施方式的在手性方面变化的Unidym和纯化的基于碳的纳米结构体的峰去卷积吸收光谱。图20的b显示根据非限制性实施方式的在手性方面变化的Nano-C和纯化的基于碳的纳米结构体的峰去卷积吸收光谱。当结合附图考虑时，本专利技术的其它方面、实施方式和特征将从以下详细描述变得明晰。附图是示意性的且不意图按比例绘制。为了清楚，并非在每个图中标注了每个部件(成分)，在图解对于容许本领域普通技术人员理解本专利技术不是必需时也未显示本专利技术的各实施方式的每个部件(成分)。通过参考被引入本文中的所有专利申请和专利通过参考全部引入。在冲突的情况下，本说明书(包括定义)将进行支配。具体实施方式本专利技术总体上涉及用于分离基于碳的纳米结构体的组合物、方法和系统。在一些实施方式中，所述组合物、方法和/或系统可用于将第一类型的基于碳的纳米结构体与至少一种第二类型的基于碳的纳米结构体分离。在一些实施方式中，所述组合物、方法和/或系统可包括多个多孔微粒。不希望受理论束缚，与本领域中已知的组合物、方法和/或系统相比，本文中描述的组合物、方法和/或系统可提供用于分离基于碳的纳米结构体的许多优点。例如，本文中描述的组合物、方法和/或系统可有利地不要求使用超速离心法。另外，与已知的组合物、方法和/或系统相比，本文中描述的组合物、方法和/或系统中的许多可在更大规模上采用。在一些实施方式中，方法包括将第一类型的基于碳的纳米结构体与至少一种第二类型的基于碳的纳米结构体至少部分地分离。所述第一类型的基于碳的纳米结构体和所述至少一种第二类型的基于碳的纳米结构体可在许多特性方面不同，包括，但不限于，电、化学、光学和/或物理特性。所述第一类型和所述至少一种第二类型的基于碳的纳米结构体可通过利用它们的至少一种不同的特性而分离。在一些实施方式中，所述第一类型的基于碳的纳米结构体和所述至少一种第二类型的基于碳的纳米结构体包括不同的磁特性。在一些实施方式中，所述类型的基于碳的纳米结构体的不同在于各类型是金属性的、半导体性的、和/或特异性(n，m)金属性的或半导体性的。在一些实施方式中，所述第一类型的基于碳的纳米结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
将第一类型的基于碳的纳米结构体与至少一种第二类型的基于碳的纳米结构体至少部分地分离的方法，包括：提供多个多孔微粒，其中所述多个多孔微粒各自包括与所述微粒缔合的多个纳米颗粒；使所述多个多孔微粒暴露于基于碳的纳米结构体的混合物，所述基于碳的纳米结构体的混合物包括所述第一类型的基于碳的纳米结构体和所述至少一种第二类型的基于碳的纳米结构体，其中所述第一类型的基于碳的纳米结构体以比所述至少第二类型的基于碳的纳米结构体大的程度被吸引到所述多孔微粒和/或与所述多孔微粒缔合；和从所述基于碳的纳米结构体的混合物至少部分地分离所述多孔微粒，由此收集一批富含所述第一类型的基于碳的纳米结构体的基于碳的纳米结构体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.07 US 61/643,4621.将第一类型的基于碳的纳米结构体与至少一种第二类型的基于碳的纳米结构体至少部分地分离的方法，包括：提供多个多孔磁性颗粒，其中所述多个多孔磁性颗粒各自包括与所述磁性颗粒缔合的多个纳米颗粒；使所述多个多孔磁性颗粒暴露于基于碳的纳米结构体的混合物，所述基于碳的纳米结构体的混合物包括所述第一类型的基于碳的纳米结构体和所述至少一种第二类型的基于碳的纳米结构体，其中所述第一类型的基于碳的纳米结构体以比所述至少第二类型的基于碳的纳米结构体大的程度被吸引到所述多孔磁性颗粒和/或与所述多孔磁性颗粒缔合；和从所述基于碳的纳米结构体的混合物至少部分地分离所述多孔磁性颗粒，由此收集一批富含所述第一类型的基于碳的纳米结构体的基于碳的纳米结构体。2.如权利要求1的方法，其中所述基于碳的纳米结构体为纳米管。3.如权利要求1或2的方法，其中所述基于碳的纳米结构体为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。4.如权利要求1或2的方法，其中所述第一类型的基于碳的纳米结构体为金属性的。5.如权利要求1或2的方法，其中所述至少一种第二类型的基于碳的纳米结构体为非金属性的或基本上非金属性的。6.如权利要求1或2的方法，其中所述多个多孔磁性颗粒与所述多个纳米颗粒缔合。7.如权利要求1或2的方法，其中与所述多孔磁性颗粒缔合的所述多个纳米颗粒被选择以促进所述磁性颗粒从介质的分离。8.如权利要求1或2的方法，其中所述多个纳米颗粒为磁性的。9.如权利要求1或2的方法，其中所述多个纳米颗粒为铁磁性的、亚铁磁性的、顺磁性的、或超顺磁性的。10.如权利要求1或2的方法，其中所述多个多孔磁性颗粒具有1μm-500μm的平均尺寸。11.如权利要求10的方法，其中所述多个多孔磁性颗粒具有40μm-500μm的平均尺寸。12.如权利要求10的方法，其中所述多个多孔磁性颗粒具有50μm-500μm的平均尺寸。13.如权利要求10的方法，其中所述多个多孔磁性颗粒具有40μm-400μm的平均尺寸。14.如权利要求10的方法，其中所述多个多孔磁性颗粒具有50μm-400μm的平均尺寸。15.如权利要求10的方法，其中所述多个多孔磁性颗粒具有40μm-300μm的平均尺寸。16.如权利要求10的方法，其中所述多个多孔磁性颗粒具有50μm-300μm的平均尺寸。17.如权利要求10的方法，其中所述多个多孔磁性颗粒具有50μm-200μm的平均尺寸。18.如权利要求10的方法，其中所述多个多孔磁性颗粒具有50μm-100μm的平均尺寸。19.如权利要求1或2的方法，其中所述多个纳米颗粒具有1nm-1μm的平均尺寸。20.如权利要求19的方法，其中所述多个纳米颗粒具有1nm-500nm的平均尺寸。21.如权利要求19的方法，其中所述多个纳米颗粒具有1nm-400nm的平均尺寸。22.如权利要求19的方法，其中所述多个纳米颗粒具有1nm-200nm的平均尺寸。23.如权利要求19的方法，其中所述多个纳米颗粒具有1nm-100nm的平均尺寸。24.如权利要求19的方法，其中所述多个纳米颗粒具有1nm-50nm的平均尺寸。25.如权利要求19的方法，其中所述多个纳米颗粒具有10nm-50nm的平均尺寸。26.如权利要求19的方法，其中所述多个纳米颗粒具有10nm-40nm的平均尺寸。27.如权利要求19的方法，其中所述多个纳米颗粒具有10nm-30nm的平均尺寸。28.如权利要求19的方法，其中所述多个纳米颗粒具有15nm-25nm的平均尺寸。29.如权利要求1或2的方法，进一步包括至少一个洗涤步骤。30.如权利要求1或2的方法，进一步包括在使所述基于碳的纳米结构体暴露于所述多个多孔磁性颗粒之前将所述基于碳的纳米结构体的混合物分散。31.如权利要求1或2的方法，其中使用磁技术和/或方法收集所述多孔磁性颗粒。32.如权利要求1或2的方法，其中所述磁性颗粒包括多个官能团。33.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：MS斯特拉诺，TP麦克尼古拉斯，AJ希尔默，RM贾因，KC特瓦尔迪，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：美国;US