[发明专利]一种高效可控气相短切碳纳米管的方法

权利要求书

1.一种高效可控气相短切碳纳米管的方法，其特征在于，先利用等离子体在碳纳米管的管壁可控引入缺陷，再引入具有化学活性的刻蚀气体在缺陷处与碳纳米管优先吸附与反应，实现短切，通过调控缺陷密度和反应的动力学过程实现高效可控短切，具体过程如下：

将长度20～100微米的碳纳米管分散于含表面活性剂的甲苯溶液中，超声处理获得碳纳米管分散液；将基底置于碳纳米管分散液中沉积后，获得在基底表面呈单分散的碳纳米管；热处理去除表面活性剂，等离子体处理在碳纳米管管壁制造缺陷，后将其置于管式炉中，引入刻蚀性气体与碳纳米管反应，完成气相短切。

2.按照权利要求1所述的高效可控气相短切碳纳米管的方法，其特征在于，碳纳米管在基底表面呈单根分散状态，通过调控超声分散碳纳米管的功率与时间，获得碳纳米管分散液，基底置于分散液中沉积获得在其表面呈单分散的碳纳米管；其中，超声功率为50～300w，超声时间为10～60min，沉积温度为30～80℃，沉积时间为10～30min；按重量份数计，碳纳米管分散液中，碳纳米管1～3份，表面活性剂2～4份，甲苯8～12份。

3.按照权利要求1所述的高效可控气相短切碳纳米管的方法，其特征在于，通过在碳纳米管管壁上可控制造缺陷，刻蚀性气体吸附在缺陷处，优先与缺陷处化学活泼性高的非晶碳原子发生反应，实现碳纳米管的短切，并通过调控缺陷的密度，短切获得不同长度的碳纳米管。

4.按照权利要求1所述的高效可控气相短切碳纳米管的方法，其特征在于，刻蚀性气体具有合适的化学活性，其与碳纳米管反应通过调控影响反应动力学过程的因素控制，实现高效可控短切的刻蚀性气体有H₂O、CO₂、NH₃、NO₂之一或两种以上混合。

5.按照权利要求1所述的高效可控气相短切碳纳米管的方法，其特征在于，该方法不会严重损坏碳纳米管的本征结构，短切发生在碳纳米管缺陷处，无缺陷位置不被刻蚀，短切后碳纳米管仍具有结晶性。

6.按照权利要求1所述的高效可控气相短切碳纳米管的方法，其特征在于，刻蚀性气体在缺陷处反应后，一根碳纳米管短切为两根以是的碳纳米管。

7.按照权利要求1所述的高效可控气相短切碳纳米管的方法，其特征在于，不同强度等离子体处理不同时间，制造不同密度的缺陷，将碳纳米管长度加工的精度提高至纳米级。

8.按照权利要求1所述的高效可控气相短切碳纳米管的方法，其特征在于，该方法短切碳纳米管为单壁碳纳米管、2～5层的少壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

9.按照权利要求1所述的高效可控气相短切碳纳米管的方法，其特征在于，通过等离子体处理条件调控碳纳米管表面引入缺陷量，等离子体处理条件包括功率、处理时间、等离子体气氛，等离子体的功率为3～30W，处理时间为10～300s，等离子体气氛为氢气或空气。

10.按照权利要求1所述的高效可控气相短切碳纳米管的方法，其特征在于，刻蚀性气体与具有缺陷可控的碳纳米管反应过程中，通过调控反应温度、刻蚀气体浓度和反应时间实现短切长度和效率的调控；其中，反应温度为500～1000℃、刻蚀气体浓度为200～5000ppm、反应时间为2～30min。