[发明专利]一种制备螺旋碳纳米管宏观体的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，特别涉及制备螺旋碳纳米管宏观体的方法。

背景技术

碳纳米管可以看作是由石墨片层卷曲而形成的一维管状纳米结构。自从1991年日本科学家lijima首次发现碳纳米管以来，以其独特的物理性质和特殊的准一维结构，迅速成为物理、化学和材料科学交叉领域的一大研究热点。

大部分碳纳米管都呈现直的一维线状结构，但如果在碳纳米管中引入非碳六环结构可使管状出现弯曲环绕，形成螺旋结构。螺旋碳纳米管(coiled carbon nanotubes)就是一种弯曲环绕，形成螺线状结构的碳纳米管。理论和实验研究表明：依据直径和螺旋度不同，碳纳米管表现出从半导体到金属的一系列电学性质(Odom，T.W.；Huang，J.L；Kim，P.；Lieber，C.M.J.Phys.Chem.B，2000，104，2794.)。它还具有优良的微波吸收性能，在轻质微波吸收材料方面具有潜在的应用价值，同时，当其用于高聚物的增强材料时，所形成的复合材料具有良好的机械强度。

目前螺旋碳纳米管的制备方法主要是催化化学气相沉积法，该类方法中以催化剂和碳源进入反应器方式的不同又可分为负载法和浮游法。负载法需要用浸渍、镀膜、离子溅射、电化学沉积等预先将催化剂负载到载体上，然后将催化剂置入反应器中实现螺旋碳纳米管的生长，但该方法制备过程较为复杂，产率较低。浮游法是将催化剂和碳源一起置入反应器中，催化剂原位形成，即催化剂浮游进入反应器，实现螺旋碳纳米管的生长。这些都是通过催化剂的处理来直接生长螺旋碳纳米管，所得螺旋碳纳米管的形貌各异，也谈不上宏观体的概念。

所以造成螺旋碳纳米管在使用过程中，相互缠绕，极难分散，给使用带来困难。鉴于此，本发明提出一种制备螺旋碳纳米管宏观体的方法，可大大提高螺旋碳纳米管的产量与应用能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备螺旋碳纳米管宏观体的方法，它能有效地获得螺旋碳纳米管宏观体。

本发明实现其发明目的所采用技术方案是的其具体做法是：

A.过滤法制备碳纳米管基底材料

将碳纳米管粉末用硝酸或硫酸或者二者的混合液进行纯化处理，然后加入到有机溶剂中，经超声分散、过滤、真空干燥，获得碳纳米管基底材料；

B.螺旋碳纳米管催化剂的负载

取催化剂和柠檬酸配制成催化剂溶液，并将过滤法制得的碳纳米管基底材料在上述催化剂溶液中浸渍1-200min，温度为100～500℃条件下保温，经浸渍和保温操作次数为1～200次操作后，得到负载有催化剂的碳纳米管基底材料；

C.螺旋碳纳米管宏观体的制备

将负载有催化剂的碳纳米管基底材料置于管式电阻炉的石英管中，在升温的过程中，向石英管内通入氩气或氮气；升温至780～1200℃时改通氢气，保温5～300min；然后，在600～1200℃条件下通入乙炔、甲烷、天然气中的一种以及乙炔、甲烷、天然气中的一种与氩气或氮气的混合气5～300min；最后通入氩气或氮气冷却至室温，去掉催化剂后得到螺旋碳纳米管宏观体。

A步中所述的有机溶剂为乙醇、N-N二甲基甲酰胺；

B步中所述的催化剂和柠檬酸的摩尔比为1∶1～1∶20；

B步中所述的催化剂为纳米级铁、钴或镍，以及能在780～1200℃下还原成纳米级铁、钴或镍的化合物；

本发明方法的机理是：在碳纳米管宏观体的表面或内部负载螺旋碳纳米管生长的催化剂，利用碳纳米管宏观体的不规则空间进一步引导螺旋碳纳米管的生长。最终将螺旋碳纳米管生长于碳纳米管宏观体内部和表面，形成由螺旋碳纳米管穿插和包裹一般碳纳米管而组成的螺旋碳纳米管宏观体。

与现有方法相比，本发明的有益效果是：

本发明方法提出的一种制备螺旋碳纳米管宏观体的方法，通过该方法，可制备得到螺旋碳纳米管宏观体。该方法借用目前能大批量生产的一般碳纳米管为基底材料，将螺旋碳纳米管穿插和包裹在其上，从而组成螺旋碳纳米管宏观体，可大大保留螺旋碳纳米管在应用时的本来形貌。从而有效避免了螺旋碳纳米管本身具有的高缠绕、难分散、产量低难以应用的缺点，大大提高了螺旋碳纳米管的应用性。本发明方法具有操作简单，所得螺旋碳纳米管形貌易控，所得产品应用性强且产量高的特点。

附图说明

图1为本发明实施例一方法制备的碳纳米管宏观体的数码照片。

图2为本发明实施例一方法制备的螺旋碳纳米管宏观体中螺旋碳纳米管的扫描电镜图。