制备碳纳米管溶液的方法技术

提供了一种制备碳纳米管溶液的方法，其包括：提供单分散的碳纳米管；在碳纳米管的表面上组装第一分散剂；以及使用组装有第一分散剂的碳纳米管形成碳纳米管溶液。

【技术实现步骤摘要】
制备碳纳米管溶液的方法
本公开涉及碳纳米管，具体涉及一种制备碳纳米管溶液的方法。
技术介绍
碳纳米管以其优异的电学性能和稳定性而受到广泛的关注。但通常生产的碳纳米管材料是半导体性碳纳米管(约占2/3)和金属性碳纳米管(约占1/3)的混合物。金属性碳纳米管的存在限制了碳纳米管的例如作为晶体管沟道材料的应用。近年来基于碳纳米管溶液的分离和提纯技术近几年有了较大发展。采用大规模制备的碳纳米管粉末样品，经过溶液提纯实现了纯度达99％及以上半导体性碳纳米管溶液的商业化。然而，在采用溶液法提纯过程中，首先需要进行碳纳米管的分散，这是因为通常大规模制备的单壁碳纳米管原料中由于表面范德华力作用碳纳米管倾向于形成管束。要分离金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管，首先要把管束分散开。通常分离管束的方法是把碳纳米管原料分散到溶剂中，在溶剂中加入表面活性剂或聚合物，然后在大功率超声波的作用下得到单分散的单壁碳纳米管溶液。然而，超声波在把管束打开的同时会在碳纳米管表面引入结构缺陷，导致碳纳米管的性能下降。此外，超声波在把管束打开的同时会切断碳纳米管，并且得到的碳纳米管长度是随机的，从而无法精确控制得到的单分散碳纳米管的长度。最终得到的溶液中的碳纳米管不仅含有大量的结构缺陷，而且碳纳米管的长度受到限制，一般长度主要分布在几十纳米到1-2微米之间，长度非常不均匀，对后续的使用造成了困难。
技术实现思路
根据本公开的一方面，提供了一种制备碳纳米管溶液的方法，其包括：提供单分散的碳纳米管；在碳纳米管的表面上组装第一分散剂；以及使用组装有第一分散剂的碳纳米管形成碳纳米管溶液。根据本公开的一些实施方式，提供单分散的碳纳米管的步骤还包括：提供具有相同长度的、单分散的碳纳米管。根据本公开的一些实施方式，提供具有相同长度的、单分散的碳纳米管的步骤还包括：通过化学气相沉积法在基底上生长平行排列的单分散的碳纳米管阵列；以及将碳纳米管阵列切割成相同的长度。根据本公开的一些实施方式，单分散的碳纳米管形成在基底上，以及在碳纳米管的表面上组装第一分散剂的步骤还包括：在形成在基底上的单分散的碳纳米管的表面上组装第一分散剂。根据本公开的一些实施方式，在形成在基底上的单分散的碳纳米管的表面上组装第一分散剂的步骤还包括：将形成有单分散的碳纳米管的基底在含有第一分散剂的第一分散剂溶液中放置设定时间；以及从第一分散剂溶液中取出基底并使基底变干。根据本公开的一些实施方式，使用组装有第一分散剂的碳纳米管形成碳纳米管溶液的步骤还包括：将组装有第一分散剂的碳纳米管转移至水中或含有第二分散剂的第二分散剂溶液中，以形成碳纳米管溶液。根据本公开的一些实施方式，第一分散剂包括表面活性剂或聚合物。根据本公开的一些实施方式，第二分散剂包括表面活性剂或聚合物。根据本公开的一些实施方式，该方法还包括：从碳纳米管溶液中获得半导体性碳纳米管溶液。根据本公开的一些实施方式，从碳纳米管溶液中获得半导体性碳纳米管溶液的步骤还包括：对碳纳米管溶液执行离心操作以分离出半导体性碳纳米管溶液；或使用色谱柱从碳纳米管溶液中分离出半导体性碳纳米管溶液。附图说明附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。图1示例性地示出了根据本公开实施方式的制备碳纳米管溶液的方法的流程图；图2示例性示出了根据本公开实施方式的提供具有相同长度的、单分散的碳纳米管的子步骤；以及图3示例性示出了在形成在基底上的单分散的碳纳米管的表面上组装第一分散剂的子步骤。具体实施方式下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。本公开中提到的单分散的碳纳米管指的是碳纳米管单独存在，而非多根碳纳米管结合成一束以管束的形式存在。图1示例性地示出了根据本公开实施方式的制备碳纳米管溶液的方法的流程图。如图1所示，根据本公开实施方式的制备碳纳米管溶液的方法可包括：步骤S1，提供单分散的碳纳米管；步骤S2，在碳纳米管的表面上组装第一分散剂；以及步骤S3，使用组装有第一分散剂的碳纳米管形成碳纳米管溶液。在步骤S1中，单分散的碳纳米管可以是预先制备好的，或者步骤S1还可以包括制备单分散的碳纳米管的步骤。例如，可通过电弧放电、激光蒸发、化学气相沉积等方法来制备单分散的碳纳米管。在一些实施方式中，步骤S1可包括：提供具有相同长度的、单分散的碳纳米管。通常，制备的碳纳米管溶液中的碳纳米管的长度是不均匀的，因此对碳纳米管溶液的后续使用造成了困难。然而，通过在步骤S1中提供具有相同长度的碳纳米管并且在根据本公开实施方式的制备碳纳米管溶液的方法中避免使用了超声震荡，从而可保持碳纳米管的长度。因此，可使得通过本方法制备的碳纳米管溶液中的碳纳米管具有相同的长度。上述的长度相同、单分散的碳纳米管可以是直接制备出来的，也可以是在制备出长度不同的、单分散的碳纳米管后在进行切割以得到长度相同的、单分散的碳纳米管。如图2所示，在一些实施方式中，上述的提供具有相同长度的、单分散的碳纳米管的步骤还可包括：子步骤S11，通过化学气相沉积法在基底上生长平行排列的单分散的碳纳米管阵列；以及子步骤S12，将碳纳米管阵列切割成相同的长度。在根据本公开的一个具体实施方式中，上述的子步骤S11可包括：先通过光刻在单晶石英基底或氧化铝基底上形成光刻胶图案，其中基底上待形成催化剂的位置被暴露，而其他位置被光刻胶覆盖；然后在整个基底上沉积催化剂层(比如用电子束蒸发，热蒸发等方式镀一层很薄的金属催化剂颗粒(比如1-3纳米厚的Fe或者Cu等))；随后将基底浸泡在丙酮或N-甲基吡咯烷酮中溶解掉光刻胶，并用去离子水清洗、干燥，从而在基底上形成催化剂图案；然后把形成有催化剂图案的基底送入化学气相沉积生长炉中，通入甲烷、氩气等气体，在一定温度下(比如800-1000摄氏度)进行碳纳米管生长，由此可在基底上形成平行排列的单分散的碳纳米管阵列。这样得到的碳纳米管长度可达数百微米长。上述的子步骤S12可包括：可通过激光或等离子体刻蚀等将碳纳米管阵列切割成相同的长度。在根据本公开的一个具体实施方式中，可把形成有碳纳米管阵列的基底放到激光切割机的样品台上，让激光束在与基底在垂直于碳纳米管生长的方向运动，从而在激光束加热的情况下碳纳米管会被切断。通过控制激光两次切割的间距可以控制得到的碳纳米管的长度。在根据本公开的另一具体实施方式中，可在形成有碳纳米管阵列的基底表面涂覆光刻胶，采用紫外曝光的方法形成光刻胶图案，以使碳纳米管的待切割位置暴露出来，而不需要切割的地方被光刻胶覆盖；然后将基底送入等离子体刻蚀设备(如RIE(反应离子刻蚀)设备等)，在氧等离子体的轰击下把碳纳米管的暴露部分刻蚀掉；然后再用丙酮或N-甲基吡咯烷酮把光刻胶溶解掉，从而在基底上形成具有相同长度的单分散的碳纳米管。在实际实施中，可根据后续使用的要求确定碳纳米管的长度。在步骤S2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制备碳纳米管溶液的方法，包括：提供单分散的碳纳米管；在所述碳纳米管的表面上组装第一分散剂；以及使用组装有所述第一分散剂的所述碳纳米管形成碳纳米管溶液。

【技术特征摘要】
1.制备碳纳米管溶液的方法，包括：提供单分散的碳纳米管；在所述碳纳米管的表面上组装第一分散剂；以及使用组装有所述第一分散剂的所述碳纳米管形成碳纳米管溶液。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供单分散的碳纳米管的步骤还包括：提供具有相同长度的、单分散的碳纳米管。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述提供具有相同长度的、单分散的碳纳米管的步骤还包括：通过化学气相沉积法在基底上生长平行排列的单分散的碳纳米管阵列；以及将所述碳纳米管阵列切割成相同的长度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单分散的碳纳米管形成在基底上，以及所述在所述碳纳米管的表面上组装第一分散剂的步骤还包括：在形成在所述基底上的所述单分散的碳纳米管的表面上组装所述第一分散剂。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在形成在所述基底上的所述单分散的碳纳米管的表面上组装所述第一分散剂的步骤还包括：将形成有所述单分散的碳纳米管的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：许海涛，
申请(专利权)人：北京华碳元芯电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11