分离方法技术

本发明专利技术描述一种用于分散碳纳米管的方法，其中将所述纳米管与电子液体接触，在所述电子液体中，控制了所述电子液体中的金属原子与所述碳纳米管中的碳原子的比率，并且描述一种可通过这样的方法获得的碳纳米管的溶液。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于分散纳米管以产生包含高浓度的单独的、带电荷的纳米管的溶液的最优方法。该方法可以包括另外的分离步骤，其中通过直径、结构和电子特征将分散的纳米管分离，以产生经分类的或分级的材料和溶液。纳米尺度碳材料具有巨大的技术和科学兴趣。炭黑已经长期已知，但是其具有不足地限定的结构。最近，已经开发了新类别的更完美的碳纳米结构体，包括富勒烯和纳米管。富勒烯的最著名实例是C6tl，即一种具有特定对称和近似球形结构的纯的碳分子。该结构由共边六边形和五边形组成；确切地，需要12个五边形来关闭笼。通过增加/移除(通常地，成对的)碳原子，较大和较小的富勒烯都是已知的。归因于关闭五边形的均匀分布，这些较大的富勒烯通常还近似是球形的，但是当它们归因于在五边形的局部应变而变得更大时，其逐渐变为多面体。碳纳米管涉及富勒烯，但是在结构上高度各向异性。关闭五边形集合(在每一个末端，6个)以形成‘帽(cap)’，而管的主体由石墨六边形的无接缝圆筒形成。对长径比没有基本限制，但是典型约1000，并且5，000，000是已知的。纳米管的令人感兴趣的性质极大地归因于六边形主体，并且实际上可以移除端帽以形成开管。碳纳米管可以分为两类:单壁碳纳米管(SWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)。SffNT是纯的管状碳分子，其可以被认为是一个“卷起的”石墨烯片。SWNT的直径典型地为约lnm，并且它们的性质取决于它们的直径和它们从石墨烯片卷起的角度(手性角)。多壁碳纳米管由若干同心的SWNT层组成。存在若干种用于制备碳纳米管的技术。然而，所有技术都导致不同直径和手性的混合物。纳米管的定义可以扩展至包括本领域`技术人员所熟悉的大量变种和衍生物，包括例如缺陷(空位，其它环如七边形，和经由杂化而改变的)、内嵌材料(endohedralmaterial)(用其它物质填充中空核)、化学官能化、二(或多)聚、以及更多复杂拓朴结构(topologies)的存在。通常，用于纳米管和它们的衍生物的合成技术具有差的选择性，从而产生一定范围的具有不同特定特征的产物。尺度和内在对称性决定了许多关键性质，例如电子结构和光学行为。因此，高度期望的是将这些多分散材料分离成纯的物种。在小富勒烯如C6tl的情况下的常规策略是将粗制混合物溶解在有机溶剂(通常地，甲苯)中，并且萃取可溶性部分，所述可溶性部分然后可以通过常规手段例如色谱法分离。粒子经由强范德华力聚集，所述强范德华力不能通过在溶解/分散上获得的自由能克服。纳米碳归因于低的极性和缺乏特定的其它相互作用而特别具有挑战性。纳米碳材料通常还含有不期望的杂质，例如微米尺度的石墨，非晶碳，和金属催化剂粒子。另外，单壁纳米管本身趋于形成典型 50根管的紧密堆积的束。这些束含有以三角晶格堆积的类似的但是直径不同的管。束本身通常是无序的，从而表现出类似于意大利式细面条(spaghetti)板。可论证地，现在纳米管研究者面临的最大挑战是对此混合物进行分类并且形成特定类型SWNT的纯样品。纯的(分类的或分离的)纳米管的可用性将显著地推进该领域并且允许实现许多建议的纳米管应用。将纳米管分离成简单半导体性和金属性物种的能力很可能立即在许多领域中开启机遇，包括:.1TO替换:氧化铟锡广泛地用作用于显示器和光伏电池的透明导电电极。SWNT薄膜提供了中性的着色备选物。如果可以选择金属性SWNT，则透射率/传导率平衡很可能优于 ITO0 电子装置例如晶体管，FET，逻辑器件，传感器:半导体性的单壁纳米管的电子性质和尺度建议了向前驱动半导体工业中的摩尔定律(Moore’s Law)的路径。已经证明基于半导体性纳米管的单独器件异常地快速并且小，但是其当前归因于例如带隙(半径)变化性而受到限制。集成大量的器 件仍是挑战性的，但是是吸引人的。在高灵敏固态传感器中正在开发最初的应用。 超电容器:与金属性SWNT的传导性结合的金属性SWNT的高表面积(每一个原子都在表面上)提供了作为电化学双层超电容器的优异性能(已经记录了大于200F/g的异常电容)。超电容器可以在电子和运输应用中在根本上改进便携式电池的性能。 在微电子电路中的通路/互连:归因于它们的一维电子结构，冲击传导性(ballistic conduntance))和稳定性,金属性单壁碳纳米管可以携带比常规金属大4个量级的电流密度。因而随着电路尺度继续收缩，它们是代替传统金属化的备选物。 受热器(Heat sinks) /热管理:已经显示单独的金属性单壁碳纳米管具有最高的已知热传导性，甚至比金刚石更好。对于实现SWNT的潜能所必须解决的三个至关重要的处理步骤是: 从产物的混合物中移除催化剂粒子和其它碳粒子，以留下纯的SWNT。 将纳米管分类为它们不同的类型。更具体地，需要将纳米管分类为特定手性和直径，或将碳纳米管较宽地分离为半导体性管或金属性管。 将纳米管排列成特定类型的管的有序阵列。致力于所有这些目标的当前方法从获得SWNT的溶液开始。SWNT非常顽固地不溶于几乎所有的溶剂，并且这对它们的操纵带来了真实的问题。必须通过破坏纳米管的束而将单独的管彼此分离。此步骤是困难的，因为如上所述，SWNT形成作为强范德华力的结果而聚集在一起的复杂的堆叠和缠结网络。最简单的方法是将SMNT在有机溶剂中声波振荡。此技术使用超声波振荡来使束分离，这对于纳米管本身是有损害的。如果存在单独纳米管而非束，则得到的溶液即使在长时间离心以后也具有非常低的浓度(< 10微克/ml) (Coleman等，先进材料(Adv.Mater) 2008，20，1876-1881)。这样的浓度对于实际目的而言过低。因此需要备选技术。SffNT溶解的最经常使用的方法是表面活性剂缠绕纳米管，如在O’Connell等的科学(Science) 297，593 (2002)中所述。再次地，使用破坏性声波振荡，并且稳定的悬浮液的浓度低(典型地，< lmg/ml)。在声波振荡以后，许多相关方法使用多种直接共价官能化化学方法来稳定纳米管。尽管化学改性在某些情况下有用，但是已知的是其破坏纳米管的固有性质(Chen 等，科学(Science) 282.95(1998))。本质上，所有这些方法都使用破坏性的化学官能化，声波振荡和/或强氧化(Tasis 等，欧洲化学杂志(Chem.Eur.J.), 9 (17)，4000，(2003))。另一种方法是使用极端属性超酸(extreme nature superacids)将管质子化以形成允许溶解和有序度的带正电荷的SWNT。此方法例如描述于L.M.Ericson等的科学(Science), 2004中并且产生了鼓舞人心的结果。然而，所述酸有害，难以处理，并且很可能破坏管。用于溶解小的富勒烯如C6tl的金属/液氨的使用描述于Howard CA等的美国化学学会杂志(J.Am.Chem.Soc.), 126,13228, (2004)中。然而，预期这种技术不会如对于小的富勒烯一样对于纳米管有用，所述小的富勒烯溶解在有机溶剂中，不形成由纳米管形成的延伸并缠结的网络。Penicaud等描述了用于分散纳米管的带电荷机理的使用。将纳米管用Na或Li还原并且溶解在极性非质子溶剂例如THF中。对于此方法，标准有机溶剂与氨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.09 GB 1005991.31.一种用于分散碳纳米管的方法，所述方法包括将所述纳米管与包含金属和胺溶剂的电子液体接触，其中所述电子液体中的金属原子与所述电子液体所接触的所述碳纳米管中的碳原子的比率大于约1: 15并且小于约1: 10。2.根据权利要求1所述的方法，其中制备单独纳米管的溶液。3.根据权利要求1所述的方法，其中制备纳米管盐。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属选自由碱金属和碱土金属组成的组。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属是碱金属。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述胺是氨。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中以使得所述电子液体中的金属原子与所述电子液体所接触的所述纳米管中的碳原子的比率为在约1: 14至约1: 11的范围内的量，将所述金属包含在所述电子液体中。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中分离的单独纳米管在通过所述方法形成的纳米管的溶液中的浓度为约0.1mgmr1以上。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括分离所述分散的纳米管的另外步骤。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述分散的纳米管基于电子特性而分离。11.根据权利要求9所述的方法，其中所述分散的纳米管基于尺寸而分离。12.根据权利要求9所述的方法，其中所述分散的纳米管基于螺旋性...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托夫·霍华德，尼尔·斯基珀，米洛·塞弗，沙恩·福格登，
申请(专利权)人：UCL商业有限公司，
类型：
国别省市：