一种金属性和半导体性碳纳米管的分离方法技术

本发明专利技术提供一种金属性和半导体性碳纳米管的分离方法，其特征在于：基于分离用介质与金属性或半导体性碳纳米管的选择吸附性与富集作用，通过结合电泳、离心或冻结挤压的简便快速、低成本的方式，形成半导体性碳纳米管和金属性碳纳米管富集区，实现金属性和半导体性碳纳米管的分离。本发明专利技术利用分离用介质分离碳纳米管，使分离后的碳纳米管样品保持稳定的状态，有利于精度分离和回收样品，并且易于实现碳纳米管的分离、量产，有利于满足工业化生产的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碳纳米管分离方法，尤其涉及一种从单壁碳纳米管中高效、简易、低成本分离出单一性质的金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管的分离方法。
技术介绍
碳纳米管作为典型的一维纳米材料，重量轻，碳六边形结构连接完美，自发现伊 始，就成为科学研究的热点。其独特的结构特征使其具有特殊的电学性质和超强的力学性 能，在光电子器件、复合材料、生物与化学传感器等方面显示出广阔的应用前景。 目前常用的碳纳米管制备方法主要有激光蒸发法、电弧放电法、化学气相沉积法 (碳氢气体热解法)。但是在目前制备条件下，无论何种制备方法都无法制备出单一性质的 金属性或半导体性碳纳米管，这种不同电子结构、不同手性的碳纳米管的混合体极大地限 制了碳纳米管在诸多高端科技领域里的实际应用。如何对金属性和半导体性碳纳米管进行 有效分离，制备单一性质的碳纳米管成为碳纳米管研究与应用的关键要素之一。 对于金属性和半导体性碳纳米管的分离技术，这个制约着碳纳米管研究与应用发 展的瓶颈问题，目前科技人员的努力可分为以下四个方向(1)、通过消除单壁管混合物中 的金属性碳纳米管获得半导体性碳纳米管或与之相反，即消除法。目前这个方向的研究都 是以消除金属性碳纳米管而获得半导体性碳纳米管。例如Liu的研究小组报道了通过重氮 试剂选择性地与金属性碳纳米管反应而达到上述目的的实验方法(参照非专利文献1)。就 这一方法整体而言，目前只能利用碳纳米管的半导体性部分，而且还没有将半导体性碳纳 米管消除而获得金属性碳纳米管的报告，这无疑局限了其利用价值。(2)、通过特定的制备 条件使其中一种单壁管的产量占优势，即趋向生长法。Dai H的研究小组在60(TC下用等离 子体增强气相化学沉积法(Plasma enhanced chemical vapord印osition， PEVCD)制得了 半导体管含量约占90%的碳纳米管(参照非专利文献2)。但是从碳纳米管生长基底的选 择和催化剂的制备，到碳纳米管的生长过程，该方法对实验手段的要求较苛刻。(3)、使导电 性发生转变，即转化法。目前这方面的研究以理论为主。在为数不多的实验研究中Kamaras 等利用共价化学方法将金属性碳纳米管转化为半导体碳管的工作较有代表性(参照非专 利文献3)。 (4)、分离两种碳纳米管而不对其中任何一种进行破坏，S卩非破坏性分离法。目 前这方面的报告比较多，较有代表性的研究是Michael等人的利用超高速密度离心法分离 单壁碳纳米管的研究工作(参照非专利文献4)。虽然此方法的半导体性碳纳米管的纯度可 以达到95%以上，但是所需的是昂贵的超高速离心设备以及长达12小时的分离时间。 国内在金属性和半导体性碳纳米管分离方面的文献鲜见报道。但近年也出现了一 些专利申请。例如北京大学陈卓等人的一种金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离 与组装方法(参照专利文献1);兰州大学刘彩虹等人的从单壁碳纳米管中分离金属性和 半导体性纳米管的方法(参照专利文献2);以及北京大学张锦等的专利一种生长半导体 性单壁碳纳米管的方法(参照专利文献3)。但是上述这些分离方法中没有一种方法能够 同时满足高效率、高纯度、大规模、低成本的各项技术指标。 非专禾U文献1 :An L， Fu Q， Lu C， Liu J :A simple chemical route of selectivelyeliminate metallic carbon nanotubes in nanotube network devices. J.Am. Chem. Soc. ， 2004，126 :10520—10521 ; 非专利文献2 :Li Y， Mann D， Rolandi M， Kim W， Ural A， Hung S， Javey A， Cao J，Wang D W，Yenilmez E，Wang Q，Gibbons J F， Nishi Y，Dai H.Preferentialgrowth of semiconducting single—walled carbon nanotubes by a plasma enhancedCVD method. Nano lett. ，2004,4 :317-321 ; 非专禾U文献3 :Kamaras K， Itkis M E， Hu H， Zhao B， Haddon R C. Covalentbond formation to a carbon nanotube metal. Science,2003，301 :1501 ; 非专利文献4 :Michael S A， Alexander A. G， James F H， Samuel I S， Mark CH : Sorting carbon nanotubes by electronic structure using density differentiation. Nat. Nanotechnol. 2006，1 :60-65 ; 专利文献l :陈卓、刘忠范、吴忠云、童廉明——一种金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法，公开号及公开日分别为CN101148253、2008. 03. 26 ; 专利文献2 :刘彩虹、张浩力、张永辉、力虎林——从单壁碳纳米管中分离金属性和半导体性纳米管的方法，公开号及公开日分别为CN101185913、2008. 05. 28 ; 专利文献3 :张锦、张永毅、张依、王星昱、姜珊、刘忠范——一种生长半导体性单壁碳纳米管的方法，公开号及公开日分别为CN101195482、2008. 06. 11。
技术实现思路
鉴于目前制备条件下无法制出单一性质的金属性或半导体性碳纳米管，从而限制 了碳纳米管在诸多科技领域应用的缺陷，本专利技术的目的是提出一种金属性和半导体性碳纳 米管的分离方法，利用廉价设备及简便工序，实现在短时间内能够大量、有效、低成本地分 离出粗制碳纳米管中的金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管，以发展成为规模化的碳纳米 管分离制备技术。 本专利技术的目的将通过以下技术方案来实现 —种金属性和半导体性碳纳米管的分离方法，其特征在于基于分离用介质对金 属性或半导体性的碳纳米管具有选择吸附性，通过结合电泳、离心或冻结挤压的方式形成 半导体性碳纳米管和金属性碳纳米管的富集分离。 进一步地，前述的，其包括如下步 骤 1、向分离用容器中添加分离用介质； n、将碳纳米管超声溶解于分散液中，并将碳纳米管分散液添加到分离用容器中； ni、对添加了分离用介质、碳纳米管分散液和电泳缓冲液的分离用容器控制电泳温度介于15°C 30°C，并通以10V 250V的直流电源，利用分离用介质相对金属性或半导体性碳纳米管选择吸附性的强度差异，形成电泳方向上排列的半导体性碳纳米管富集区段、半导体性碳纳米管和金属性碳纳米管混合区段，以及金属性碳纳米管富集区段。 进一步地，前述的，其可以包括如下步骤 1、向分离用容器中添加分离用介质； n、将碳纳米管超声溶解于分散液中，将碳纳米管分散液和分离用介质在加热熔融状态下混合后冷却形成碳纳米管封装体，并将所述碳纳米管封装体添加到分离用容器 中； ni、对添加了分离用介质、碳纳米管封装体和电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属性和半导体性碳纳米管的分离方法，其特征在于：基于分离用介质对金属性或半导体性的碳纳米管具有选择吸附性，通过结合电泳、离心或冻结挤压的方式形成半导体性碳纳米管和金属性碳纳米管的富集分离。

【技术特征摘要】
一种金属性和半导体性碳纳米管的分离方法，其特征在于基于分离用介质对金属性或半导体性的碳纳米管具有选择吸附性，通过结合电泳、离心或冻结挤压的方式形成半导体性碳纳米管和金属性碳纳米管的富集分离。2. 根据权利要求1所述的一种金属性和半导体性碳纳米管的分离方法，其特征在于， 包括如下步骤1、向分离用容器中添加分离用介质；n、将碳纳米管超声溶解于分散液中，并将碳纳米管分散液添加到分离用容器中； ni、对添加了分离用介质、碳纳米管分散液和电泳缓冲液的分离用容器控制电泳温度介于15t: 3(TC，并通以10V 250V的直流电源，利用分离用介质相对金属性或半导体性碳纳米管选择吸附性的强度差异，形成电泳方向上排列的半导体性碳纳米管富集区段、半 导体性碳纳米管和金属性碳纳米管混合区段，以及金属性碳纳米管富集区段。3. 根据权利要求1所述的一种金属性和半导体性碳纳米管的分离方法，其特征在于，包括如下步骤1、向分离用容器中添加分离用介质；n、将碳纳米管超声溶解于分散液中，将碳纳米管分散液和分离用介质在加热熔融状态下混合后冷却形成碳纳米管封装体，并将所述碳纳米管封装体添加到分离用容器中；ni、对添加了分离用介质、碳纳米管封装体和电泳缓冲液的分离用容器控制电泳温度介于15°C 3(TC，并通以10V 250V的直流电源，利用分离用介质相对金属性或半导体性 碳纳米管选择吸附性的强度差异，形成电泳方向上排列的半导体性碳纳米管富集区段、半 导体性碳纳米管和金属性碳纳米管混合区段，以及金属性碳纳米管富集区段。4. 根据权利要求1所述的一种金属性和半导体性碳纳米管的分离方法，其特征在于， 包括如下步骤1、将碳纳米管超声溶解于分散液中，将碳纳米管分散液和分离用介质在加热熔融状态 下混合后冷却形成碳纳米管封装体，并将所述碳纳米管封装体添加到分离用容器中；n、对添加了上述碳纳米管封装体的分离用容器控制离心温度介于4t: 3(rc，并以离心力5000 20000g进行离心，利用分离用介质相对...

【专利技术属性】
技术研发人员：金赫华，李红波，李清文，
申请(专利权)人：苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]