[发明专利]一种快速选择性填充纳米粒子至碳纳米管管腔内的方法

权利要求书

1.一种快速选择性填充纳米粒子至碳纳米管管腔内的方法，其特征在于，将沉积有薄层碳的阳极氧化铝片组装至电解槽装置上，电解槽装置的电解槽主体通过组合体分隔成两个独立电解池，在每个电解池内分别插入电极，在电解池注入需填充元素的电解质溶液，于两电极间施加1～50 V直流电压，填充纳米粒子0.5秒至5分钟，取下阳极氧化铝片并进行热处理后，去除阳极氧化铝片，获得纳米粒子填充的碳纳米管复合结构；其中，阳极氧化铝片具有孔径为20～100 nm的贯通纳米孔道；

电解槽装置包括电解槽主体和组合体，电解槽主体设置电极Ⅰ、电极Ⅱ、密封橡胶条Ⅰ、密封橡胶条Ⅱ，组合体设置有机玻璃片Ⅰ、橡胶密封垫Ⅰ、橡胶密封垫Ⅱ、有机玻璃片Ⅱ、阳极氧化铝片，具体结构如下：

组合体自上而下插入电解槽主体的凹槽，电解槽主体被有机玻璃片Ⅰ、橡胶密封垫Ⅰ、阳极氧化铝片、橡胶密封垫Ⅱ、有机玻璃片Ⅱ的组合体分隔成两电解池：电解池Ⅰ、电解池Ⅱ，组合体与电解池Ⅰ配合处设置密封橡胶条Ⅰ，组合体与电解池Ⅱ配合处设置密封橡胶条Ⅱ，电解池Ⅰ中插装电极Ⅰ，电解池Ⅱ中插装电极Ⅱ；组装后，形成纳米颗粒的填充装置；

碳层包覆的阳极氧化铝片夹在中心开孔的橡胶密封垫Ⅰ、橡胶密封垫Ⅱ中间，碳层包覆的阳极氧化铝片与橡胶密封垫Ⅰ、橡胶密封垫Ⅱ中心开孔的形状、大小相同，碳层包覆的阳极氧化铝片完全覆盖橡胶密封垫Ⅰ、橡胶密封垫Ⅱ的中心开孔，有机玻璃片Ⅰ、有机玻璃片Ⅱ夹持在橡胶密封垫Ⅰ、橡胶密封垫Ⅱ外侧，有机玻璃片Ⅱ与橡胶密封垫Ⅱ对应的一侧对称设置固定销，橡胶密封垫Ⅰ、橡胶密封垫Ⅱ和有机玻璃片Ⅰ上开设与固定销对应的装配孔，有机玻璃片Ⅰ、橡胶密封垫Ⅰ、橡胶密封垫Ⅱ、有机玻璃片Ⅱ通过固定销和装配孔配合，形成组合体。

2.按照权利要求1所述的快速选择性填充纳米粒子至碳纳米管管腔内的方法，其特征在于，两个电极：电极Ⅰ、电极Ⅱ为惰性电极，在通电时，电极起导电作用，而不与电解液发生反应。

3.按照权利要求1所述的快速选择性填充纳米粒子至碳纳米管管腔内的方法，其特征在于，两个电解池内采用同种或异种电解质溶液，当两个电解池内盛放不同种电解质溶液时，根据需要选择两种电解液及电场方向，实现纳米粒子在碳纳米管中空管腔内直接快速合成。

4.按照权利要求1所述的快速选择性填充纳米粒子至碳纳米管管腔内的方法，其特征在于，碳层包覆的阳极氧化铝片采用具有相似结构的其他片状、通孔材料代替，实现纳米粒子在各种纳米管或多孔材料纳米孔道内的快速填充。

5.按照权利要求1所述的快速选择性填充纳米粒子至碳纳米管管腔内的方法，其特征在于，热处理条件根据所需颗粒结构而定，气氛为空气、氩气、氮气、氢气中的一种或两种以上混合气，温度为50～1000℃。

6.按照权利要求1所述的快速选择性填充纳米粒子至碳纳米管管腔内的方法，其特征在于，碳纳米管内的纳米粒子含量由电解质溶液的浓度、施加电压时间精确调控，纳米粒子含量在0.5～95 wt%范围内精确可控。

7.按照权利要求1所述的快速选择性填充纳米粒子至碳纳米管管腔内的方法，其特征在于，纳米粒子随其含量变化呈现不同形貌，含量较低时以颗粒形式存在，含量较高时填满碳纳米管的管腔形成纳米棒。

8.按照权利要求7所述的快速选择性填充纳米粒子至碳纳米管管腔内的方法，其特征在于，纳米粒子含量在75wt%以下时，以颗粒形式存在。

9.按照权利要求1所述的快速选择性填充纳米粒子至碳纳米管管腔内的方法，其特征在于，由于阳极氧化铝对碳纳米管外壁的物理隔离作用，纳米粒子100%填充在碳纳米管的中空管腔内。