[发明专利]一种金属填充碳纳米管的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种金属填充碳纳米管的制备方法。

背景技术：

随着1991年Iijima发现碳纳米管以来，在碳纳米管中填充富勒烯、金属纳米颗粒和纳米线，特别是填充磁性纳米材料，已引起研究者的极大兴趣。由于碳纳米管可以在很小的空间禁锢金属物质，使得这些填充材料具有奇特的电、磁和光学性能，是一种新型的功能性复合材料，在纳米电子器件、磁记录材料、生物传感器[Okuyama F et al，Formation of carbon nanotubes andtheir filling with metallic fibers on ion-emitting field anodes，J.Appl.Phys.1998：84(3)：1626-31]和吸波材料[Che RC et al，Microwave absorption enhancementand complex permittivity and permeability of Fe encapsulated within carbonnanotubes，Adv.Mater.2004：16(5)：401-5]等许多领域有潜在的应用。

目前，金属填充碳纳米管的制备方法主要分为两大类：两步法和一步法。前者，象湿化学技术法[Tsang SC et al，A simple chemical method of openingand filling carbon nanotubes，Nature 1994：372：159-62]，是早期研究碳纳米管时采用的主要方法，即先制备出碳纳米管，并将其端口打开，然后再用液态金属或金属盐溶液填充碳纳米管。这种方法工艺路线复杂、且获得全填充碳纳米管的产率较低，重复性较差。后者是近年来常使用的方法，即在碳纳米管合成的同时把要填充的物质添加进去，因此这类方法相对来说简单易行。比如，将含有金属催化剂的碳棒进行电弧放电，可以获得金属填充的碳纳米管[Dai JY et al，Synthesis of carbon-encapsulated nanowires using polycyclicaromatic hydrocarbon precursors，Chem.Phys.Lett.1996：258(5-6)：547-53]，只是产物的纯度和包括高温与内部压力在内的一些关键的反应条件还不易控制。采用单纯的金属[Hayashi Y et al，Synthesis and characterization ofmetal-filled carbon nanotubes by microwave plasma chemical vapor deposition，Diamond & Related Materials 2005：14(3-7)：790-3]、金属合金[Gao XP et al，Carbon nanotubes filled with metallic nanowires，Carbon 2004：42(1)：47-52]或者金属复合物[Guan LH et al，Super-long continuous Ni nanowiresencapsulated in carbon nanotubes，Chem.Comm.2004：4(17)：1988-9]作为金属催化剂来源，应用化学气相沉积法也可以制备金属纳米线填充的碳纳米管。但是这种方法很难获得高纯度的目标产物。此外，通过在一定温度下直接热解含碳的金属化合物也可以获得金属填充的碳纳米管[Liu SW et al，preparation and characteristics of carbon nanotubes filled with cobalt，Chem.Mater.2000：12(8)：2205-11；Zhi LJ et al，Solid-state pyrolyses of metalphthalocyanines：a simple approach towards nitrogen-doped CNTs andmetal/carbon nanocables，Small 2005：1：798-801]，相比较而言，这种热解法操作过程比较简单，但是原料要使用昂贵且毒性大的Co(CO)NO、Fe(Co)-酞菁等，纯度和产率很低，反应温度也较高。因而，到目前为止，采用上述制备方法所获得金属线填充纳米碳管的产率很低，产物组成和结构的控制还是一大难题。为此，寻找一种产率较高、易于控制且简单可行的金属填充碳纳米管的制备方法并开发其应用是目前该方向研究的重点之一。

发明内容：