[发明专利]基于漂洗方法的单壁碳纳米管预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米操作领域，具体地说是一种基于漂洗方法的单壁碳纳米管预处理方法。

背景技术

目前，获得分散SWCNTs的方法之一是采用表面活性剂进行超声处理。表面活性剂具有良好的吸附性和化学反应活性，可通过降低SWCNTs的表面张力来调节SWCNTs表面活性。

作为新颖的一维纳米材料，单壁碳纳米管具有独特的物理结构和电学特性，在场效应晶体管、光电近红外光谱发射器、传感器、聚合物基复合材料等纳米电子器件及新型功能材料方面具有广泛的应用价值。但由于范德华力的吸引，彼此之间易相互编织缠绕团聚，限制了碳纳米管在纳米器件研究与制造中，的应用，所以获得分散稳定的SWCNTs材料，成为SWCNTs特性研究和应用研究的前提条件，也是纳米技术规模化、商业化应用的关键技术之一。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于漂洗方法的单壁碳纳米管的预处理方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于漂洗方法的单壁碳纳米管预处理方法：将阴离子表面活性剂溶液与单壁碳纳米管(SWCNTs)混合，使阴离子表面活性剂的亲油基吸附在单壁碳纳米管侧壁，而后将经阴离子表面活性剂处理后的单壁碳纳米管经超声振荡和脉冲后，使其定向排列实现单壁碳纳米管有效分散，即完成预处理。

所述阴离子表面活性剂HLB值越大，其亲水性越强，所采用的阴离子表面活性剂为HLB值为10～40。所述HLB值＝7+∑(亲水基基团数)-∑(亲油基基团数)。所述阴离子表面活性剂溶液的溶剂为去离子水或蒸馏水；所述单壁碳纳米管与阴离子表面活性剂质量比为10～12∶1。所述超声振荡将经阴离子表面活性剂分散后的单壁碳纳米管溶液放入超声波振荡器中超声2-3小时，并设置加热到50摄氏度，而后取出静止2小时后得到均匀半透明溶液，待用。

所述脉冲过程为取经超声波振荡单壁碳纳米管溶液滴到基片上后用N₂吹干，在将基片倾斜25°～30°，并用去离子水对其进行漂洗，接着用气流压力为0.15～0.2MPa的氮气脉冲吹1s。

所述滴到基片上的经超声波振荡单壁碳纳米管溶液，滴到基片后铺匀放置1分钟后用N₂吹干，同时用去离子水漂洗时以0.1-0.2ml/s速率进行漂洗。

本发明具有如下优点：本发明采用阴离子表面活性剂辅助和超声振荡及基片下倾脉冲气流定向排列，解决了单壁碳纳米管(SWCNTs)有效分散，具有不破坏碳管本身物理、化学性质的特点；采用阴离子表面活性剂作为分散混合溶液具有很高的分散能力；由于阴离子表面活性剂与水互溶，阴离子表面活性剂溶液中的碳管回收方便；可以实现单壁碳纳米管的规模化分散生产。

附图说明

图1为本发明单壁碳纳米管与阴离子表面活性剂作用图。

图2为本发明单壁碳纳米管后处理图。

图3A为现有SWCNTs分散后定向排列在基片上的AFM扫描图。

图3B为本发明SWCNTs分散后定向排列在基片上的AFM扫描图。

具体实施方式

实施例1

本发明采用原理：当阴离子表面活性剂两亲分子与单壁碳纳米管混合时，表面活性剂大分子的亲油基与SWCNTs侧壁作用，而亲水基伸向水中阻止SWCNTs的聚集，并通过超声波震荡器每秒钟产生的百万计的微小空化气泡，这些气泡在声压作用下急速地大量产生，不断地猛烈爆破，产生强大的冲击力和负压吸力，来促使大量团聚的SWCNTs分散开来。根据阴离子表面活性剂和SWCNTs作用机理，可以通过选择合适的介质溶液配比，合适的气压脉冲气流，及合适的漂洗速度与用量，在高速分子振荡作用下，实现单壁碳纳米管有效分散。

具体过程为：

1.制备分散混合溶液：将单壁碳纳米管与纯度为99％以上的十二烷基硫酸钠(Sodium Dodecyl Sulfate，SDS)阴离子表面活性剂质量精确配比为10∶1，加入到去离子水中，制备成浓度为0.1％的SWCNTs溶液(参见图1)。

本发明所采用的阴离子表面活性剂，基于阴离子表面活性剂在不同溶液中所表现出的活性，可由其亲水亲油平衡值(hydrophile-lipophile balance，HLB)来表示，HLB的定义式为：

HLB值＝7+∑(亲水基基团数)-∑(亲油基基团数)

HLB值越大，阴离子表面表面活性剂的亲水性越强，即阴离子表面活性剂的亲水性是随着HLB值增大而提高的。SDS的HLB值为40。