[发明专利]在密度梯度中分离碳纳米管的方法

说明书

本发明要求于2005年3月4日递交的在先临时申请60/658,502的优先权，该申请通过引用全文插入此处。

根据National Science Foundation对西北大学的资助DMR-0134706和EEC-0118025和Department of Energy对西北大学的资助DE-FG02-00ER45810/A001，美国政府对本发明享有某些权利。

背景技术

在分子电子、光电子和生物传感领域中大量使用的单壁碳纳米管(SWNT)需要SWNT具有相同的物理结构、电子类型和能带差。由于目前的合成方法制备的纳米管的混合物具有各种各样的物理结构和电子性质，因此需要开发一种方法对这些一维材料进行后分离。迄今为止，已经报道了利用可控电击穿、介电泳和与任一类型的纳米管进行选择性反应的化学基团(chemical moieties)，将半导体性SWNT与金属性SWNT进行分离的方法。

SWNT已与各种分离技术结合使用，这些分离技术包括阴离子交换介质、对纳米管侧壁进行的质子化和臭氧化、和对碳纳米管进行的光诱导氧化。然而，这些方法从化学上或结构上对纳米管进行了改性，损害了其性质和其实用性。因此，本领域仍然关注寻找一种经济有效的分离方法。

发明内容

根据前述，本发明的目的在于提供一种或更多种与碳纳米管分离相关的方法和/或系统，从而克服以上所概括的现有技术中的各种缺陷和不足。本领域技术人员将理解到，本发明的一个或更多个方面可以满足某些目的，而一个或更多个其它方面可以满足某些其它目的。无论从哪方面来说，各个目的不应等同地应用到本发明的各个方面。同样地，以下目的可以根据本发明的任意方面在可供选择的方案中被认识到。

本发明的一个目的在于，提供一种或更多种对进行共价改性或未进行共价改性的纳米管进行分离的方法。

本发明的另一个目的在于，提供一种用于纳米管分离的方法和相关系统，而不管纳米管的直径或长度尺寸，从而该方法与各种纳米管生产技术相互兼容，得到一种具有实用性的分离方法。

本发明的另一目的在于，提供这样一种方法和系统，该方法和系统可以与现有的自动化方法结合使用，并且可以适应商业规模的生产。

本发明的其它目的、特征和优点由发明内容和以下某些实施方式的描述可以明显地得到，并且对于具有碳纳米管生产、性质和相关分离技术知识的领域中的技术人员也是容易理解的。由上述内容本身或与本文所引用的参考文献结合的上述内容以及相伴随的实施例、数据、附图和所有由此得到的合理推论可以明显地得到上述目的、特征和优点。

部分地，本发明涉及一种利用密度梯度分离碳纳米管的方法。所述方法包括：提供一种具有密度梯度的流体介质；将上述介质与一种组合物进行接触，该组合物包括具有各种不同直径和/或手性的碳纳米管的混合物，和一种或更多种表面活性成分；将上述介质和组合物离心一定时间并且/或者以一定转动速率进行离心，至少部分地足以使纳米管混合物沿着介质梯度进行分离。这种方法对纳米管的直径和/或手性没有限制。在某些实施方式中，单壁纳米管可以独立地具有至多约20或更大的直径。不管这一点，在某些实施方式中，直径的范围可以为约7到约10，而在另外一些实施方式中，直径的范围可以为约12到约15。

碳纳米管可以被置于具有表面活性组分的组合物中，本发明领域中的技术人员可以认识到上述表面活性组分的种类。一般而言，上述组分可以与特定的流体介质一起起作用，以减少纳米管的聚集现象。在某些实施方式中，上述组分可以选自大范围内的单链DNA组分。在某些其它实施方式中，上述组分可以选自一种或更多种胆汁酸的盐和其组合。关于前一种DNA组分，该组分可以选自d(GT)_n链，其中，不作为限制条件，n可以是约15到约35的整数。关于后一种胆酸盐，该组分可以选自胆酸盐、脱氧胆酸盐、牛磺脱氧胆酸盐和其组合。