基于螺旋性对单壁管状富勒烯进行体分离的定向流动法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于螺旋性对单壁管状富勒烯（１００）进行体分离的方法，其中，单壁管状富勒烯（１００）的溶液或悬浮液在晶体或高取向的基材（３０）上流动。在基材（３０）上流动的单壁管状富勒烯（１００）具有对应的纵轴，该纵轴与流动方向（１０５）对齐。流动方向（１０５）相对于基材（３０）的晶格轴呈预定角度，以使具有管状形状和选定的螺旋度的多个单壁富勒烯（１００）发生有利于能量的吸附。然后，将具有所选择手性的吸附的单壁管状富勒烯（１００）从基材（３０）上移取出来。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于螺旋性对单壁管状富勒烯进行体分离的定向流动法和系统                        专利技术背景
本专利技术涉及一种对单壁管状富勒烯基于其螺旋性进行体分离(bulkseparation)的方法和系统。本专利技术更具体地涉及一种体分离的方法和系统，该方法和系统利用了管状富勒烯在相似但平面的晶格结构上以角取向进行自取向的现象，该角取向根据管状富勒烯的螺旋度而变化。本专利技术更进一步涉及用来进行体分离单壁管状富勒烯方法的系统，其中管状富勒烯在通过晶体或高取向基材上的流动中以相对于基材晶格结构的预定角度取向，并利用这一点在基材上吸附具有预定螺旋度的单壁管状富勒烯。
技术介绍
管状富勒烯，尤其是碳纳米管是非常值得注意的，因为它们在用于构造纳米级电子电路和机械器件中具有独特的电学性质和机械性质。已经发现，碳纳米管的机械和电学性质根据其螺旋度，即石墨晶格绕着纳米管的管状形体盘旋的角度而变化。碳纳米管的电学性质可在金属性高导电结构和半导体性结构之间变化。商业化应用这些独特结构的主要障碍之一是形成具有所需螺旋度结构的问题。目前，碳纳米管的合成是产生各种螺旋度的混合物，尽管已经存在了合成所需直径范围内纳米管的技术。从这些产物中分离所需螺旋度的纳米管需要使用纳米探针(例如，原子力显微镜)进行非常冗长和效率低的机械分离法。因此，即使是作为实验室用途，从这些制备产物中分离出所需螺旋度的纳米管也是一个非常辛苦且缓慢的过程。目前可以选择性地使半导体类纳米管保持为束状、或“索状”排列的单壁碳纳米管的一种方法已经由IBM公司证实(P.G.Collins等人，″使用电击穿的工程碳纳米管和纳米管电路(Engineering Carbon Nanotubes And-->Nanotube Circuits Using Electrical Breakdown)″Science.第292卷.第706-709页，2001。在该方法中，将混乱螺旋度的纳米管索沉积在硅晶圆上，然后覆盖上致密阵列的源、漏和栅连接件，以形成场效应器件。随后，对纳米管索施加一电压，使金属管爆裂和遭到损坏，但是半导体类材料未受到破坏。因此，可以得到依然存在的半导体纳米管，并作为索仍旧附着在接触点上，在此它们可用来产生有源器件。但是，该方法不能提供物理分离或将纳米管分选为单独的组件或容器的手段。该方法也不能提供堆积高传导纳米管的手段。更重要的是，该方法根本不能解决依据纳米管的螺旋结构对其进行分选的问题。最近的另一篇出版物，即Yanagi H等人″Self-orientation of ShortSingle-Walled Carbon Nanotubes Deposited on Graphite，″Applied PhysicsLetters，第78卷，No.10，2001年3月5日中揭示了一个实验，在此实验中将半导体碳纳米管设置在高取向的热解石墨基材上。发现纳米管束自发地以其管轴以相对于基材六方轴的特定角度而聚集。现有技术中另一个更近的发展是使用由螺旋性带来的二级特征来分选碳纳米管。报导的一种方法是使用DNA来辅助碳纳米管的分散，然后基于这些纳米管的电子性质使用离子交换色谱对这些分散的纳米管进行分离，如Zheng M等人，″DNA辅助分散和分离碳纳米管(DNA-Assisted Dispersionand Separation of Carbon Nanotubes)″Nature Materials Advance OnlinePublication，2003年4月6日，第1-5页中讨论的。另一种方法是使用交流电介电电泳将金属碳纳米管和半导体碳纳米管相互分离，如Krupke R.等人，″从半导体单壁碳纳米管中分离金属性碳纳米管(Separation of Metallicfrom Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes)″，Science，第301卷，第344-347页，2003中所讨论的。由此，主题专利申请的本专利技术利用了所需纳米管自身螺旋表面的直接相互作用。这样，本专利技术提供了一种方法，该方法可从依据现有方法合成的常规纳米管类型混合物中大量物理分选或分离出具有特定螺旋度的纳米管。文中所述的方法比现有技术的方法更优越。本专利技术的方法提供了一种-->分离出具有特定螺旋度的纳米管，而不只是从金属纳米管中分离出半导体纳米管的手段。因此，该主题专利申请的本专利技术的方法在分选能力上与现有技术方法相比，更灵活和更有针对性，并且更容易实施。
技术实现思路
本专利技术提供了基于螺旋性对单壁管状富勒烯进行体分离的定向流动方法。该方法包括步骤：提供多个单壁管状富勒烯；提供具有晶格结构的基材；使所述多个单壁管状富勒烯相对于基材晶格结构的轴呈预定角度在基材上流动，其中预定螺旋度的单壁管状富勒烯被吸引和保持在基材上；以及将保持在基材上的所述单壁管状富勒烯移取出来。另一方面，本专利技术提供了一种基于螺旋性对单壁管状富勒烯进行体分离的系统，其包括装有含单壁管状富勒烯的流体的容器，所述单壁管状富勒烯各具有一个纵轴。系统还包括一个配送装置，该装置具有至少一个出口和至少一个进口，出口用来排出含单壁管状富勒烯的流体，进口与容器流体连通。而且，还提供了具有晶格结构的基材，基材的晶格结构具有选定的轴，该轴相对于从配送装置的至少一个出口处流出的流动方向呈预定角度，所述具有预定螺旋度的单壁管状富勒烯从基材上流过，被吸引和保持在基材上。此外，系统还包括设置在基材附近的排放装置，用来将任何含有未保持在基材上的单壁管状富勒烯的流体排放出去。附图说明图1A是说明螺旋角度导出过程的图；图1B是说明其螺旋度的管状富勒烯的透视图；图2是管状富勒烯在基材晶格上自取向的示意图；图3是用在实施本专利技术中的端部官能化的单壁管状富勒烯结构的示意图；-->图4是说明计算的纳米管-石墨(graphene)相互作用能与角度的关系的图；图5是说明本专利技术方法的方块图；图6是实施本专利技术所用系统的示意图。图7是图6中所示系统的局部放大图；图8是本专利技术中用于排齐的纳米管流体流动的另一种构造的局部示意图；图9是本专利技术中用于排齐的纳米管流体流动的另一种构造的局部示意图；图10是本专利技术中用于排齐的纳米管流体流动的另一种构造的局部示意图；图11是沿着图10中剖线11-11得到的截面图；图12是图10中用来说明管道相对于基材移动的构造的示意图。具体实施方式为了继续目前电子产品小型化的趋势，需要在分子层次上构建计算机电路。为此目的，已经在使用单壁管状富勒烯(具体是碳纳米管)作为分子层次电路上的连接导体和有源器件方面进行了大量的研究。这些分子结构是非常引入注目的，因为它们具有独特的电学性质，可以是金属高导电性或半导体性的。管状富勒烯表现出金属性还是半导体性质与管状结构的螺旋度有关。目前合成管状富勒烯的方法产生的是各种螺旋度的混合物，通常是三分之二具有半导体性质，而三分之一具有金属性质。螺旋度是纳米管晶格结构中“扭曲”或“盘旋”的角度，用角度值表示(螺旋角)，在下文中将进一步描述。该特性也称为“手性角”或“手性”，对于管状富勒烯结构，这两种术语在意思上是相同的。但是，在其它领域中，例如分子生物学领域中，术语“手性”特指且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单壁管状富勒烯的螺旋性对其进行体分离的方法，其包括以下步骤：提供多个单壁管状富勒烯；提供具有晶格结构的基材；使所述多个单壁管状富勒烯相对于所述基材的所述晶格结构的轴呈预定角度在基材上流动，其中具有预定螺旋度的 单壁管状富勒烯被吸引并保持在所述基材上；以及将保持在所述基材上的所述单壁管状富勒烯移取出来。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-9-25 10/669,3371.一种基于单壁管状富勒烯的螺旋性对其进行体分离的方法，其包括以下步骤：提供多个单壁管状富勒烯；提供具有晶格结构的基材；使所述多个单壁管状富勒烯相对于所述基材的所述晶格结构的轴呈预定角度在基材上流动，其中具有预定螺旋度的单壁管状富勒烯被吸引并保持在所述基材上；以及将保持在所述基材上的所述单壁管状富勒烯移取出来。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述流动步骤之前进行将所述多个单壁管状富勒烯的至少一部分溶解在一种流体中的步骤。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述流动步骤之前进行将所述多个单壁管状富勒烯的至少一部分悬浮在一种流体中的步骤。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流动步骤包括使所述多个单壁管状富勒烯的纵轴与其流动方向对齐的步骤。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述流动步骤包括使所述多个单壁管状富勒烯的纵轴与其流动方向对齐的步骤。6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述流动步骤包括使所述多个单壁管状富勒烯的纵轴与其流动方向对齐的步骤。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对齐步骤包括通过至少一个出口通道形成限制基排列的步骤。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一个出口通道的直径大于所述单壁管状富勒烯直径，但不超过1000倍。9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对齐步骤包括通过至少一个出口通道形成拉伸流动的步骤。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述形成拉伸流动的步骤包括在所述出口通道中形成收缩区的步骤。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述形成收缩区的步骤包括形成所述出口通道，使其具有并列在所述基材上的开放底部，以限定出闭合形状的通道的步骤。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供多个单壁管状富勒烯的步骤包括用分子基团对所述单壁管状富勒烯进行官能化的步骤，所述分子基团具有高电极化率或磁化率中的一种性质。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述流动步骤包括使用至少一种定向通过所述流体流动的电场或磁场来使所述多个单壁管状富勒烯与所述流体流动的方向对齐的步骤。14.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对齐步骤包括通过至少一个出口通道形成拉伸流动的步骤。15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：JC埃伦伯根，MH施莱尔史密斯，VH克雷斯皮，AN科洛默格罗夫，
申请(专利权)人：迈脱有限公司，宾州研究基金会，
类型：发明
国别省市：US[美国]