具有改善结晶性的碳纳米管制造技术

本发明专利技术提供了一种碳纳米管，该碳纳米管通过如下方法进行纯化，以使得与纯化前的碳纳米管相比，用拉曼分光法测得的G带与D带的强度比(IG/ID)平均值增加20％以上，所述方法包括以下工序：使碳纳米管中的残留金属在真空或惰性氛围中，在第一温度下与含氯化合物反应，从而对所述的残留金属进行氯化，并且在高于所述第一温度的温度即第二温度下蒸发及去除氯化的残留金属。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改善结晶性的碳纳米管
本专利技术申请主张基于在2015年09月15日递交的韩国专利申请第10-2015-0130049号的优先权，该韩国专利申请文献中所公开的全部内容以引用的方式并入本申请。本专利技术涉及一种通过使碳纳米管中所含有的杂质与含氯化合物反应而去除，从而结晶性得到提高的碳纳米管。
技术介绍
通常情况下，碳纳米管(以下称为“CNT”)是指具有约3至150nm、具体而言约3至100nm的直径，长度为直径的数倍、例如100倍以上的圆柱形碳管。这样的CNT由碳原子排列的层组成，具有不同形态的芯。另外，这样的CNT举例而言还被称为碳纤维或者中空碳纤维。通常情况下，所述的CNT可通过电弧放电法、激光蒸发法、化学气相沉积法等制备。其中，由于电弧放电法及激光蒸发法难以大量生产、电弧生产费用过高或激光设备购买费用等原因，存在着经济可行性降低的问题。通常情况下，在化学气相沉积法中，通过在高温的流化床反应器内，使金属催化剂颗粒与烃系的原料气体分散及反应，从而生成碳纳米结构体。即，金属催化剂借助原料气体在流化床反应器内漂浮的同时与原料气体反应，从而使碳纳米结构体生长。碳纳米管因其特有的手性(chirality)，表现出非导体、导体或半导体的性质。由于碳原子之间通过强力的共价键连接，因此拉伸强度与钢铁相比较大约100倍以上，且柔韧性和弹性等十分优异，同时具备稳定的化学特性。由于具有这样的尺寸和特定的物性，因此在复合材料的制备中具有重要的产业意义，同时在电子材料领域、能源材料领域及其他各个领域具有较高的可利用性。例如，所述碳纳米管可应用于如二次电池、燃料电池或超级电容器(supercapacitor)等电化学储存装置的电极、电磁波屏蔽体、场发射显示器或气体传感器等。尽管如此，在使用碳纳米管时，碳纳米管制作过程中所使用的催化剂金属被视为杂质，并且存在着由所述的金属杂质引起的热稳定性及化学稳定性等基础物性降低的问题。因此，此时需要通过只对碳纳米管进行纯化，使碳纳米管的基础物性提高的方法。
技术实现思路
技术课题本专利技术通过对碳纳米管中所含有的残留金属进行去除的工艺，从而提供一种热稳定性显著提高的碳纳米管。解决课题的方案为解决本专利技术提出的技术问题，本专利技术提供一种碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管通过如下方法进行纯化，以使得与纯化前的碳纳米管相比，用拉曼分光法测得的G带与D带的强度比(IG/ID)的平均值提高20％以上，所述方法包括以下工序：使碳纳米管中的残留金属在真空或惰性氛围中，在第一温度(T1)下与含氯化合物反应，从而对所述的残留金属进行氯化；以及在高于所述第一温度(T1)的温度即第二温度(T2)下，在惰性气体或真空氛围中，蒸发及去除氯化的残留金属。所述第二温度(T2)可以为T1+300℃以上。所述第一温度(T1)可选自500℃至1000℃，所述第二温度可选自800℃至1500℃。另外，经过纯化的碳纳米管的氧化起始温度，可以为550℃以上。另外，经过纯化的碳纳米管中残留的金属杂质含量可以为50ppm以下。另外，通过与所述含氯化合物反应，使残留金属蒸发的纯化工艺，可以在N2气体或真空氛围中实施。另外，所述碳纳米管可以使用含钴(Co)的金属催化剂制备而成，所述金属催化剂还可以含有选自铁(Fe)、钼(Mo)、钒(V)及铬(Cr)中的一种或多种金属成分。另外，所述碳纳米管在经过纯化工艺以后，其Co含量可以为40ppm以下。另外，所述碳纳米管可以为在流化床反应器中，利用化学气相沉积法(CVD)制备的碳纳米管。另外，所述碳纳米管可以为缠结状(entangle)或束状(bundle)。另外，所述含氯化合物可以为氯气(Cl2)气体或三氯甲烷(CHCl3)气体。另外，可以在第一温度为700℃至900℃，第二温度为900℃至1500℃的温度条件下实施所述方法。有益效果根据本专利技术的碳纳米管，通过在高温的温度条件下与氯化合物反应，能够对使用金属催化剂的碳纳米管制备工艺中产生的残留金属进行去除，由此能够有效地对残留金属等杂质进行去除。特别是在相对较低的第一温度下进行的氯气处理工序，以及在氮气(N2)或真空氛围中、在第二温度下进行的氯化金属去除工序，能够提高碳纳米管中残留的金属去除效率。本专利技术所涉及的纯化工艺，能够进一步提高碳纳米管的物性，尤其是因结晶性改善引起的氧化反应稳定性及导电性得到提高，从而可用于金属复合体及导电性聚合物复合材料。附图说明图1表示实施例1及比较例1中碳纳米管纯化工艺前后的SEM图像。图2表示纯化工艺前后碳纳米管TEM_EDX结果的图表。图3为对实施例1与比较例1中的碳纳米管比较用拉曼分光法测得的G带及D带的图表。具体实施方式本专利技术说明书及权利要求书中所使用的术语或词语的解释，不应限定于通常情况或词典中的含义，专利技术人为了以最佳方式对其本人的专利技术进行说明，立足于能够对术语的概念进行恰当定义的原则，因此只能以符合本专利技术技术思想的意义和概念进行解释。以下对本专利技术进行详细说明。本专利技术优选的实施例中的碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管通过如下方法进行纯化，以使得与纯化前的碳纳米管相比，用拉曼分光法测得的G带与D带的强度比(IG/ID)的平均值提高20％以上，所述方法包括以下工序：使碳纳米管中的残留金属在真空或惰性氛围中，在第一温度下与含氯化合物反应，从而对所述的残留金属进行氯化；以及在高于所述第一温度(T1)的温度即第二温度(T2)下蒸发及去除氯化的残留金属。根据本专利技术的从已制备的碳纳米管中对在制备工艺中使用的金属催化剂所产生的残留金属进行去除的方法，是利用与含氯化合物在高温下反应使所述的残留金属氯化并蒸发的方法，通过所述方法对碳纳米管进行纯化，从而能够改善由残留金属等金属杂质引起的物性降低。特别是在热稳定性方面，经过纯化的碳纳米管的氧化起始温度与纯化前相比，即，与包含残留金属的碳纳米管相比，能够表现出100℃以上的增加率，因此能够更加高效地应用于可用于高温环境下的阻燃剂或金属复合剂等中。根据一个实施例，所述第一温度可选自500℃至1000℃，所述第二温度可选自800℃至1500℃。另外，所述经过纯化的碳纳米管的氧化起始温度可以为550℃以上。另外，经过所述纯化过程的碳纳米管中残留的金属杂质含量与纯化前相比可减少10倍至100倍以上。即，可以认为绝大部分的残留金属已被去除。所述方法利用被氯化的金属沸点低于金属的特性，使经过氯化工序液化或气相的金属在更高的温度下全部蒸发的原理。由于上述方法使用气相的高温反应，因此具有已制备的碳纳米管不受任何物理损伤的优点。以下对所述碳纳米管的纯化工艺进行更加具体的说明。该纯化方法包括以下工序：使已制备的碳纳米管中的残留金属，在真空或惰性气体氛围中，在第一温度下与含氯化合物反应，从而对所述的残留金属进行氯化；及在高于所述第一温度的第二温度下，蒸发和去除氯化的残留金属。根据一实施例，所述含氯化合物可以为氯气(Cl2)或三氯甲烷(CHCl3)气体。由于含氯化合物与碳纳米管的反应性较低，因此可以减少对已制备的碳纳米管的损伤。引发所述金属氯化的第一温度(T1)可以为500℃至1000℃，更优选地，可以为700℃至900℃。在低于500℃的温度下，碳材料中的催化剂金属等金属杂质的氯化反应会不顺利。所述金属的氯化工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管通过如下方法进行纯化，以使得与纯化前的碳纳米管相比,用拉曼分光法测得的G带与D带的强度比(IG/ID)平均值增加20％以上，所述方法包括以下工序：使碳纳米管中的残留金属在真空或惰性气体氛围中，在第一温度下与含氯化合物反应，从而对所述的残留金属进行氯化；以及在高于所述第一温度(T1)的温度即第二温度(T2)下蒸发及去除氯化的残留金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.15 KR 10-2015-01300491.一种碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管通过如下方法进行纯化，以使得与纯化前的碳纳米管相比,用拉曼分光法测得的G带与D带的强度比(IG/ID)平均值增加20％以上，所述方法包括以下工序：使碳纳米管中的残留金属在真空或惰性气体氛围中，在第一温度下与含氯化合物反应，从而对所述的残留金属进行氯化；以及在高于所述第一温度(T1)的温度即第二温度(T2)下蒸发及去除氯化的残留金属。2.根据权利要求1所述的碳纳米管，其特征在于，用拉曼分光法测得的G带与D带的强度比(IG/ID)平均值为0.9至1.5。3.根据权利要求1所述的碳纳米管，其特征在于，与纯化前的碳纳米管相比,用拉曼分光法测得的IG/ID平均值的标准偏差降低40％以上。4.根据权利要求1所述的碳纳米管，其特征在于，所述第二温度(T2)为T1+300℃以上的温度。5.根据权利要求1所述的碳纳米管，其中，所述第一温度选自500℃至1000℃，所述第二温度选自800℃至1500℃。6.根据权利要求1所述的碳纳米管，其特征在于，基于第二温度的蒸发及去除氯化金...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜京延，禹知希，曹东铉，李丞镛，张炯植，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR