本发明专利技术提供一种以更高的均匀性形成催化剂颗粒的新方法，该催化剂用于生长碳纳米管；以及一种均匀性得到提高的碳纳米管的合成方法。所述形成催化剂颗粒的方法包括：将催化金属前体溶液涂布到基材上；冷冻干燥涂布到基材上的催化金属前体溶液；及还原冷冻干燥的催化金属前体为催化金属。该形成催化剂颗粒的方法，在通过冷冻干燥催化剂金属前体溶液形成催化剂颗粒时，可以使催化剂颗粒的结块和／或重结晶最小化。通过该方法形成的催化剂颗粒，具有非常均匀的颗粒尺寸，并非常均匀地分布在基材上。
【技术实现步骤摘要】
用于制造碳纳米管的催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种用于制造碳纳米管的催化剂的制备方法，以及一种利用该催化剂制备碳纳米管的方法。
技术介绍
碳纳米管具有直径为几个纳米且纵横比非常大(约为10～1000)的圆柱形结构。在碳纳米管中，碳原子一般以六边形的蜂巢形图案排列。一个碳原子与三个相邻的碳原子结合。根据其结构，碳纳米管可以是导体或半导体。作为导体，碳纳米管有高的电导率。此外，碳纳米管有优良的机械强度、太拉(万亿)级的杨氏模量和高的热导率。具有这些性能的碳纳米管可以有利地用于不同的
，如FED的发射器、二次电池的阴极材料、燃料电池的催化剂载体、高强度的复合材料等。制备碳纳米管的方法的实例包括：电弧放电、激光沉积、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)、化学气相沉积、气相生长、电解等。气相生长适于制备松散型碳纳米管，因为它通过直接供应反应气体和催化金属到反应器中而不利用基材，合成气相的碳纳米管。电弧放电和激光沉积制备的碳纳米管的产率较低。当利用电弧放电和激光沉积时，难于控制碳纳米管的直径和长度。而且，在电弧放电和激光沉积中，除了碳纳米管外，还产生大量的无定形碳簇，因而必须进行复杂的纯化过程。一般使用化学气相沉积法(CVD)，如热化学气相沉积、低压化学气相沉积和PECVD，以在基材上形成碳纳米管。在PECVD中，通过用等离子体活化气体，可以在低温下合成碳纳米管。在PECVD中，相对容易控制碳纳米管的直径、长度、密度等。对于化学气相沉积(CVD)法，催化剂颗粒预先分散在用于生长碳纳米管的基材上，以在基材上形成的密度均匀的碳纳米管。例如，韩国专利待审公开第2001-0049398号公开了一种形成多个催化剂颗粒的方法，其通过在基材上形成催化金属膜，并用蚀刻气体蚀刻所述催-->化金属膜。此外，Chemical Physics Letter，vol.377 p.49，2003公开了一种在基材上形成催化剂颗粒的方法，其通过涂布催化金属前体溶液到基材上，然后干燥并热处理所涂布的催化金属前体溶液。然而，在这种情况下，在干燥和热处理的过程中，发生催化金属的重结晶和结块，因此形成在基材上的催化剂颗粒的均匀性恶化。由于形成在基材上的催化剂颗粒的均匀性恶化，在催化颗粒的基础上生长的碳纳米管的直径和生产密度的均匀性都恶化。通过测量催化剂颗粒的颗粒尺寸的均匀度和催化剂颗粒的生产密度的均匀度，可以评价形成在基材上的催化剂颗粒的均匀性。由迄今为止已知的方法所形成的催化剂颗粒的均匀性不够。因而，需要一种形成催化剂颗粒的新方法，以改善形成在基材上的催化剂颗粒的均匀性。
技术实现思路
本专利技术提供一种以更好的均匀性在基材上形成催化剂颗粒的新方法，所述催化剂颗粒用于在其上面生长碳纳米管。本专利技术还提供一种合成均匀性得到提高的碳纳米管的方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种形成催化剂颗粒的方法，所述方法包括：涂布催化金属前体溶液到基材上；冷冻干燥涂布到基材上的所述催化金属前体溶液；及还原所述冷冻干燥的催化金属前体为催化金属。当通过冷冻干燥所述催化金属前体溶液，形成催化金属颗粒时，所述形成催化剂颗粒的方法可以使催化金属颗粒的结块和/或重结晶最小。因此，通过本专利技术的方法形成的催化金属颗粒具有非常高的均匀性的颗粒尺寸，并且非常均匀地分布在基材上。根据本专利技术的另一个方面，提供一种制造碳纳米管的方法，所述方法包括：通过涂布催化金属前体溶液到基材上，在基材上形成催化剂颗粒，所述催化剂颗粒用于在其上面生长碳纳米管，冷冻干燥涂布到基材上的所述催化金属前体溶液，及还原所述冷冻干燥的催化金属前体为催化金属；及通过供应碳源到催化剂颗粒，在所述催化剂颗粒上生长碳纳米管。 附图说明通过参考附图详述其示例性的实施方式，本专利技术的上面和其它特点和优-->点将变得更显而易见，附图中：图1为根据本专利技术的实施例制备的用于制造碳纳米管的催化剂颗粒的光学显微照片；图2为根据本专利技术的实施例制备的碳纳米管的侧视图的电子显微镜照片；图3为根据本专利技术的实施例制备的碳纳米管的俯视图的电子显微镜照片；图4为根据对比例制备的用于制造碳纳米管的催化剂颗粒的光学显微照片；图5为图4的局部的放大图；及图6为根据对比例制备的碳纳米管的状态的电子显微镜照片。 具体实施方式在下文，将详述根据本专利技术的实施方式的一种在基材上形成催化剂颗粒的方法，所述催化剂颗粒用于在其上面生长碳纳米管。形成催化剂颗粒的方法包括：涂布催化金属前体溶液到基材上；冷冻干燥涂布到基材上的所述催化金属前体溶液；及还原所述冷冻干燥的催化金属前体为催化金属。所述催化金属前体溶液包括催化金属前体和溶解所述催化金属前体的溶剂。催化金属前体可以是能够转换成金属颗粒的任何物质，所述金属颗粒用于在其上面可以生长碳纳米管。所述催化金属前体的实例包括有机金属化合物。所述有机金属化合物可以包含选自下列的至少一种金属元素：Fe、Co、Ni、Y、Mo、Cu、Pt、V和Ti。有机金属化合物的实例包括乙酸亚铁、草酸铁、乙酸钴、乙酸镍、二茂络铁或其混合物。溶剂可以是可以溶解所述催化金属前体的任何液体物质。所述溶剂的实例包括乙醇、乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇及其混合物。不特别限制在所述催化金属前体溶液中的催化金属前体的浓度。如果在所述催化金属前体溶液中的催化金属前体的浓度太低，那么在随后的制造过程中可能不会产生碳纳米管。如果在所述催化金属前体溶液中的催化金属前体的浓度太高，那么在随后的制造过程中产生的碳纳米管的直径可能增加，或者所产生的碳纳米管或碳纳米纤维的结晶度可能降低。在所述催化金属前-->体溶液中的催化金属前体的浓度一般可以为约10～200mM。基材可以由在其上面能够附着催化剂颗粒的任何物质组成，例如，具有高熔点的金属如Mo、Cr和W，硅，玻璃，塑料，石英等。涂布所述催化金属前体溶液到基材上的方法，可以是能够均匀地涂布溶液在基材的表面上的任何方法。所述方法的实例包括浸涂，蒸发镀层，丝网印刷，旋涂等。这些方法还可以组合使用。可以将所述催化金属前体溶液涂布到基材的全部表面上或仅在基材的一部分表面上。冷冻干燥涂布到基材上的所述催化金属前体溶液。所述冷冻干燥过程包括：冷却涂布到基材上的催化金属前体溶液到所述催化金属前体溶液的凝固点下，及减压蒸发所述催化金属前体溶液中的溶剂。所述催化金属前体溶液的凝固点，可以依据所述催化金属前体溶液的组成变化。即，催化金属前体溶液的凝固点可以由下列因素确定：催化金属前体的类型，溶剂的类型，催化金属前体的浓度等。经过热力学计算和试差法，本领域的技术人员可以很容易地确定催化金属前体溶液的凝固点。通过调整催化金属前体溶液的组成，也可以选择催化金属前体溶液的凝固点。利用适合于所述催化金属前体溶液的凝固点的冷却方法，可以进行冷却涂布到基材上的催化金属前体溶液到催化剂溶液的凝固点下的过程。例如，可以使用制冷器，液氮等。当使用液氮时，通过浸渍带有涂布在其上的催化金属前体溶液的基材到液氮中，可以冷却涂布到基材上的所述催化本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于生长碳纳米管的催化剂颗粒的制备方法，该方法包括：涂布催化金属前体溶液到基材上；冷冻干燥涂布到基材上的催化金属前体溶液；及还原所述冷冻干燥的催化金属前体为催化金属。
【技术特征摘要】
KR 2004-6-22 46552/041.一种用于生长碳纳米管的催化剂颗粒的制备方法，该方法包括：涂布催化金属前体溶液到基材上；冷冻干燥涂布到基材上的催化金属前体溶液；及还原所述冷冻干燥的催化金属前体为催化金属。2.根据权利要求1的方法，其中所述催化金属前体为有机金属化合物。3.根据权利要求2的方法，其中所述催化金属前体为包含至少一种选自下列的金属元素的有机金属化合物：Fe、Co、Ni、Y、Mo、Cu、Pt、V和...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩仁泽，金夏辰，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。