[发明专利]一种长径比可调节的非晶炭纳米管的大规模制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种长径比可调节的非晶碳纳米管的大规模制备方法，具体地，是利用真空中频感应熔炼炉大规模制备非晶碳纳米管，是属于低维纳米材料的制备技术领域。

 

背景技术

自1991年日本S. Iijima正式发现碳纳米管以来（S. Iijima Nature 1991），碳纳米管已在全世界范围内引起了各国研究者的广泛关注和极大兴趣。碳纳米管是由碳原子形成的石墨片层卷成的无缝、中空的管体。一般可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。

非晶碳纳米管与管壁结构由良好的石墨片层组成的单层和多层碳纳米管不同，其管壁是由许多的完全无规则排列的碳原子所构成，其特点是短程有序、长程无序。因此非晶碳纳米管在气体吸附、催化剂载体等应用领域更胜一筹，也更容易进行表面修饰以进一步功能化。因此，对非晶碳纳米管的大量、可控、高纯制备技术的研发显得非常重要。

目前，已报道的制备非晶碳纳米管的方法主要有电弧放电[1-2]、化学气相沉积[3-4]、热分解有机物溶剂法[5-6]和电子回旋共振激励法[7]等等；但是这些方法都存在产量低，能耗高、设备复杂、必须外加催化剂、必须后处理、长径比不可调等复杂问题。还没见到使用简单设备、高效、大规模、不经任何后处理、一步制备长径比可调节的非晶碳纳米管的报道。

 

发明内容

针对目前非晶碳纳米管材料制备过程中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种长径比可调孔，直接大规模制备非晶碳纳米管材料的制备技术；该方法包括以下步骤：

（1）将聚四氟乙烯粉末与氯化亚铁按一定质量比例混合；其中氯化亚铁与聚四氟乙烯的质量比为1：（8.0-9.5）

（2）往混合粉末中加入一定体积的无水乙醇，无水乙醇与混合粉末的体积比为（1-3）：1；

（3）将步骤（2）的料浆倒入球磨罐中，球料质量比（2-6）：1，球磨2-10小时；

（4）将球磨后的料浆过滤，并在60～90℃之间干燥5～12小时；

（5）将步骤（4）中干燥后的粉体置入石墨坩埚中，并放进真空中频感应炉中，真空状态下，使用5-80千瓦功率加热保温5-30分钟后，制得非晶碳纳米管。

进一步的：所述步骤（3）中，球磨机转速为300r/min。

进一步的：所述步骤（5）中，真空度为0.01兆帕。

本发明的有益效果在于：制备方法和制备步骤非常简单，制备过程中的工艺参数容易控制，一步合成，可实现大量制备。

 

附图说明

图1为制备的非晶碳纳米管典型的拉曼光谱示意图。

图2为8千瓦感应加热时，非晶碳纳米管的表面形貌示意图。

图3为30千瓦感应加热时，非晶碳纳米管的表面形貌示意图。

图4为60千瓦感应加热时，非晶碳纳米管（碳纳米空心球）的表面形貌示意图。

图5为非晶碳纳米管典型的高分辨透射电镜示意图。

 

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明

实施例1   

本实施例中，所采用的氯化亚铁为分析纯，聚四氟乙烯为微粉。

1、 配制原料

准确称量一定量的氯化亚铁和聚四氟乙烯微粉，使氯化亚铁和聚四氟乙烯微粉质量比为1: 9.2。

2、 球磨预处理

将上述1中原料倒入球磨罐中，加入一定量的氧化锆球，使球料质量比为5:1，再加入一定量的无水乙醇，使无水乙醇与球料的体积比为2:1，设定球磨机转速300转/分钟，球磨8小时后用滤网过滤出氧化锆球； 

3、 烘干处理

将上述2中的原料放入烘箱中，70度干燥10小时 

4、 中频感应制备非晶碳纳米管

将上述3中的原料，装入石墨坩埚中，并放置在真空感应炉里面，抽真空至0.01Mpa，8千瓦功率加热10分钟，保温20分钟，然后自然降温至室温；取出黑色粉末，即制得非晶碳纳米管，其典型的形貌如图2，图5。直径30-120纳米，长度10-20微米。

实施例2

准确称量一定量的氯化亚铁和聚四氟乙烯微粉，使氯化亚铁和聚四氟乙烯微粉质量比为1: 8.8，其余步骤同实施例1，同样也得到尺寸和形貌类似的非晶碳纳米管。

实施例3