[发明专利]基于高压静电喷雾法分解碳纳米管束的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米技术领域的方法，特别是一种基于高压静电喷雾法分解碳纳米管束的方法。

背景技术

自1991年碳纳米管被发现以来，其独特的结构和性质就引起了人们日益广泛的关注，并成为当今纳米材料研究的前沿和热点。然而，尽管从理论研究上表明，碳纳米管具有很多突出的特性，而且每年都有大量有关碳纳米管在不同领域表现出新的令人振奋的新特性的报道，但是研究者发现很多结果在不同实验室的报道中偏差较大，重复性差，而且有关碳纳米管在实际产品中的应用也鲜有报道。人们越来越发现要实现碳纳米管在各领域的应用还需要解决很多问题，特别是如何获得具有单一属性的碳纳米管，是碳纳米管应用和基础研究的最根本环节，而解决这一问题的关键就是碳纳米管束的分解问题。

研究表明，碳纳米管表面能较高，管间存在较强的分子间作用力，因此具有自组织的特性，从而使碳纳米管易于聚集成束，特别是管径较小的单壁碳纳米管。要想分解碳纳米管束必须克服碳纳米管之间较强的分子间作用力。近年来，一些碳纳米管束分解和单分散碳纳米管的方法被报道，如，超声分解法、介电泳分解法、密度梯度分解法、聚电解质辅助分解法、无机纳米粒子辅助分解法、DNA分子辅助分解法等。近期孙连峰小组在《纳米快报》(Nano Letters 2009，9，239-244)上发表了“库仑爆炸：一个新的分解碳纳米管束的方法”(Coulomb explosion：anovel approach to separate single-walled carbon nanotubes from their bundle)的文章，该文采用库仑爆炸法分解碳纳米管束，虽然该方法只能分解管束尖端的少量碳纳米管，但这一方法的优点在于无需复杂的化学处理，不引入其他的杂质，对碳纳米管的结构基本没有损伤，这是迄今为止为数不多的物理方法之一，因此引起了人们的广泛关注，但该方法由于需要将碳纳米管束固定在电极上，因此通常只能使碳纳米管束的一端分解，且一般需要在空气或真空条件下进行，从而限制了该方法的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于高压静电喷雾法分解碳纳米管束的方法，实现碳纳米管束的分解，经分解后，碳纳米管聚集度降低，并可控制形成单根分散状态。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的具体步骤如下：

第一步，将碳纳米管束超声分散在水或有机溶剂中；

第二步，将上述分散液装入带有金属喷嘴的容器中，利用重力作用或注射泵控制分散液的流出速度在0.05ml/h-50ml/h；

第三步，将一块金属极板正对金属喷嘴，在金属喷嘴与金属极板之间加1-150kV的高压静电；

第四步，在各个位置接收从金属喷嘴处喷出的分散液，获得管束分解的碳纳米管。

在第一步中，碳纳米管束在溶剂中的质量百分比浓度为0.001％-15％，碳纳米管束为单壁或多壁碳纳米管束。

在第一步中，超声时间为3分钟-24小时。

在第一步中，有机溶剂为极性或非极性溶剂。

在第一步中，在水或有机溶剂中加入表面活性剂，表面活性剂在水或有机溶剂中的质量百分比浓度为0-20％，表面活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。

在第三步中，金属极板与金属喷嘴的距离为5-150厘米。

在第四步中，接收位置与金属喷嘴的距离为1-140厘米。

与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：利用高压电场的作用，控制碳纳米管分散液从喷嘴中喷出、雾化，通过增加碳纳米管间的静电排斥作用分解碳纳米管束，分解效率高，且方法操作简单，便于推广和应用。

具体实施方式

本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下实施例包括以下步骤：

第一步，将碳纳米管束超声分散在水或有机溶剂中；在第一步中，碳纳米管束在水或有机溶剂中的质量百分比浓度为0.001％-15％，碳纳米管束为单壁或多壁碳纳米管束。在第一步中，超声时间为3分钟-24小时。在第一步中，有机溶剂为极性或非极性溶剂。在第一步中，在水或有机溶剂中加入表面活性剂，表面活性剂在溶剂中的质量百分比浓度为0-20％，表面活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。

第二步，将上述分散液装入带有金属喷嘴的容器中，利用重力作用或注射泵控制分散液的流出速度在0.05ml/h-50ml/h。