[发明专利]挥发扩散法制备富勒烯微纳米纤维

说明书

技术领域

本发明涉及富勒烯微纳米纤维的制备方法。 

背景技术

低维微纳米碳素材料是研究电子传输行为、光学特性和力学性能等物理性质的尺寸和纬度效应的理想体系，将在构筑微纳米电子和光电子器件等集成线路和功能性元件的进程中充当重要角色，成为当前微纳米材料科学领域的前沿和热点。 

富勒烯是指由碳组成的中空的球型，椭球型，柱形或管状分子的总称。而更为广义的定义则可以包括内嵌富勒烯或其他官能团改性的富勒烯分子。富勒烯微纳米纤维是富勒烯微纳米晶体中的一种，特指由富勒烯分子通过分子间作用力相互连接而成的一维的富勒烯微纳米材料。 

Kroto等于1985年成功的证实了第一种富勒烯，即[60]富勒烯分子的存在，并理论上推测了C₆₀的足球状碳笼结构。富勒烯分子具有高度的对称性及球形离域的π电子共轭体系，使其物理化学性质独特。富勒烯的奇异光物理、导电性、光导性和光限行为已引起科学家们的极大兴趣。经过二十多年的研究，已兴起有机富勒烯化学、富勒烯超分子化学、金属富勒烯包合物、富勒烯药物化学、富勒烯光电磁学等新的学科，并且还在不断的发展。 

富勒烯微纳米纤维，不仅具有C₆₀单体的性质，其微纳米级的尺寸及一维的形貌，使还具有高的比表面积，以及量子限制效应等特点。在力学性质上，富勒烯微纳米纤维与原始C₆₀晶体相比，具有了更高的杨氏模量。在光学性质上，它们展示了极强的光致发光特性，并且有随着使直径减少而展示出蓝移的现象。在电学性质上，Takeya等通过将K元素镶嵌入富勒烯微纳米纤维中，而制备了具有超导性质的材料，等等。其诸多的特殊性质使其在材料，电子学，光学，生物医药，催化剂，能源和环境等领域有广泛的潜在应用。 

由于富勒烯微纳米纤维性质特殊，应用潜力巨大，其制备方法的研发也引起了人们广泛的研究兴趣。关于富勒烯微纳米晶体的制备研究，最早可追溯自1990年，Kratschmer等(W.Kratschmer，L.D.Lamb，K.Fostiropoulos and D.R.Huffman，Solid C₆₀：a new form of carbon，Nature，1990，347：354)便通过简单蒸发富勒烯-苯溶液的方法，制备了富勒烯微纳米短棒及晶片。蒸发法制备富勒烯微纳米晶体简单易行，在再沉淀法开发之前，是制备富勒烯微纳米晶体的唯一方法，而得到人们的广泛关注。另外，由于此方法可以用于研究富勒烯的光学性质，故一直沿用至今，Liu等(M.G.Yao，B.M.Andersson，P.Stenmark，B.Sundqvist，B.B.Liu，T.Wagberg，Carbon，2009，47：1181)用简单的蒸发法通过使用不同的溶剂，不同的蒸发温度制备出不同维度的富勒烯纳微米材料。 

还有很多其他制备富勒烯微纳米纤维的方法得到研发，如Prato等(V.Georgakilas，V.F.Pellarini，M.Prato，D.M.Guldi，M.Melle-Franco and F.Zerbetto，Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.，2002，99：5075)报道了一种离子化的含卟啉单元的C₆₀的衍生物可以形成纳米管，并认为这是由于富勒烯以及卟啉的π-π相互作用，通过自组装以及静电作用所致。中国专利：CN 1195103；CN 1215973公开了利用电化学方法使富勒烯的聚集体电泳到多孔模板的纳米空洞中，从而形成有序的微纳米管和微纳米晶须的方法。中国专利：CN1267342C公开了由模板控制自由基聚合得到的C₆₀分子间共价键连接的C₆₀一维聚合体纳米管，其自由基聚合是将吸附有单体C₆₀分子的模板在惰性气体保护下于400-550℃维持2-4小时，1千瓦紫外光照0.5-1小时。日本特开专利：2005-254393A，2006-124266A在室温附近C₆₀的饱和有机溶液和异丙醇的液-液界面析出法成功制备了具有单晶结构的富勒烯C₆₀的微纳米晶须和微纳米管。中国专利：CN 101148256对液-液界面析出法进行了进一步的开发，使其重复率大大提高。