[发明专利]表面改性的碳纳米管及其表面改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管(carbon nanotube，简称CNT)，且特别涉及一种碳纳米管的改性方法。 

背景技术

碳纳米管主要是经由石墨电极在直流电弧放电后沉积的碳黑中得到，碳纳米管可大体分为开口(单层管)和闭口(多层管)等两种，其管壁是通过碳原子以六角网状键结而成，如同一个石墨原子平面卷起来的圆筒，碳纳米管结构如图1所示。 

碳纳米管因其密闭的圆柱形石墨结构而具有许多优秀的机械性质，侧面的基本组成是由六边形碳环(石墨片)组成，但在管身弯曲和管端口封顶的半球帽形部位，含有一些五边形和七边形的碳环结构。因为这些碳环结构之间的共价键是自然界中最稳定的化学键，所以碳纳米管应该具有非常好的力学性能，其强度接近于碳-碳键的强度。理论计算和实验研究显示了单壁碳纳米管的杨氏模量和剪切模量都与金刚石相当，强度是钢的100倍，最大延伸率可达20％，具有良好的韧性，而密度却只有钢的1/6，是一种新型的超级纤维材料。 

另外，碳纳米管同时还具有较好的柔性，而且碳纳米管还有良好的可弯曲性，它不但可以被弯曲成很小的角度，也可以被弯曲成极其微小的环状结构，当弯曲应力去除后，碳纳米管可以从很大的弯曲变形中完全恢复到原来的状态，即使受到了很大的外加应力也不会发生脆性断裂。 

再者，碳纳米管有优异的电导特性。半导体性的碳纳米管随着直径的增加而带隙变窄，在大直径情况下带隙为零，呈现金属的性质，这些特殊的电学性能将使碳纳米管适用于纳米电子学。举例来说，金属性碳纳米管可以用作纳米集成电路中的连接线，而半导体性碳纳米管则可以用来制作纳米电子开关和其它纳米量子器件。 

通过碳纳米管本身的良好的力学性质与导电性，将其与高分子材料混 成后可制备出高强度、高韧性的纳米复合材料，此材料可以取代传统碳纤补强复材而应用于交通工具、运动器材等产品上，可以加强安全性并提高产品等级。并且，通过碳纳米管的导电特性可使高分子表面电阻与体电阻降低，使其具备抗静电与抗电磁波机能特性，可有效减低噪声干扰与电磁波危害。 

然而，由于碳纳米管分散性等问题，碳纳米管的应用常因其间的纠缠而不易分散于复合材料之中，进而影响了当今碳纳米管的应用范围。目前碳纳米管的分散方法主要采用表面改性方式，即使用强酸系统或是氧化系统以破坏碳纳米管表面的碳-碳双键并形成官能基，或者将碳纳米管打断以降低其纠缠度并提高其分散性。然而如此的方式将破坏其表面结构并影响了碳纳米管的特性，因而对其机能性表现造成不良影响。对于高分子复合材料而言，在相同碳纳米管添加量的情况下，其表面电阻明显较高。 

为了避免强酸系统及氧化系统的问题，部分现有技术采用具有多联苯或不饱和双键结构的分散剂，这些分散剂将与碳纳米管的碳碳双键产生作用力。虽然这种作法不会破坏碳纳米管结构，但分散剂价格较高且只适用于特定极性的溶剂系统，无法有效降低碳纳米管的纠缠度。 

发明内容

本发明提供一种碳纳米管的表面改性方法，包括提供碳纳米管；形成硬质无机层于碳纳米管的部分表面，即得表面改性的碳纳米管；以及将表面改性的碳纳米管、分散剂、及研磨珠置于溶剂中，进行研磨分散步骤，即得表面改性的碳纳米管分散液；其中硬质无机层系由醇化物(alkoxide)缩合而成。 

本发明亦提供一种表面改性的碳纳米管，包括碳纳米管；硬质无机层，包覆碳纳米管部分表面；其中硬质无机层系由醇化物缩合而成。 

附图说明

图1为碳纳米管结构； 

图2为本发明改性前后的碳纳米管分散液的凝团粒径分布图；以及 

图3为本发明的导电薄膜测试机械性质的试片。 

具体实施方式

本发明提供的碳纳米管(carbon nanotube，简称CNT)的表面改性方法，适用于多层碳纳米管、双层碳纳米管、单层碳纳米管、碳纳米纤维、或上述的组合。首先，在碳纳米管的部分表面形成硬质无机层。形成硬质无机层的方式系将醇化物接枝于碳纳米管的部分表面，再进行热处理，使醇化物脱水形成硬质无机层。亦可先将醇化物进行热处理，脱水形成缩合的醇化物寡聚物后，再将此寡聚物接枝至碳纳米管表面。