[发明专利]制造含碳纳米管材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造含有单壁碳纳米管并且发射近红外区荧光的含碳纳米管材料的方法。

背景技术

碳纳米管是一种呈圆柱形式的物质，其通过多个由碳原子组成的六元环键合而成。普通的碳纳米管具有包含一些五元环的闭合构造，被分类为由多层成键碳原子组成的、呈多壁圆柱体形式的多壁碳纳米管，以及呈单壁圆柱体形式的单壁碳纳米管。已知分离的单壁碳纳米管发射近红外区荧光，并且人们已经注意到单壁碳纳米管作为近红外光发射材料进行应用的可能性。发射近红外区荧光的含碳纳米管材料的制造例子包括，在基底上从柱状突出部分的头部合成单壁碳纳米管的方法，以及在空气中形成呈蛛网形的单壁碳纳米管网状物。作为一个比较容易的制造实例，已知是通过在溶剂中逐一地分散单壁碳纳米管，产生的溶液也发射近红外区荧光。

商品碳纳米管呈由聚集的单壁碳纳米管集簇组成的松散体形式，并且碳纳米管集簇不发射近红外荧光。因此，为了制备发射近红外荧光的碳纳米管溶液，有必要由碳纳米管松散材料制备出一种溶液，其中个体单壁碳纳米管是分散的。日本专利No.3751016和日本专利申请公开No.2006-64693公开了制备含有分散的单壁碳纳米管溶液的技术，并且公开了通过干燥所产溶液中的溶剂制造薄膜的技术。通过限制薄膜所含单壁碳纳米管的类型，可以制造出发射特定波长范围光的近红外光发射材料。

在常规方法中，碳纳米管通过与表面活性剂比如十二烷基硫酸钠(SDS)混合而溶液化，并且重水中的碳纳米管松散材料，碳纳米管通过超声波分散在溶液中，并且通过超离心分离机离心分离溶液，得到上清液。该溶液中，碳纳米管通过表面活性剂的作用形成胶束，并且稳定地分散。因为多壁碳纳米管和碳纳米管集簇的比重要比重水大，并且单壁碳纳米管的比重要比重水轻，可以通过离心分离分离出作为上清液的含有分散的单壁碳纳米管的溶液。有可能制备出含有单壁碳纳米管分散于溶剂中的溶液，并制造出含有来自经分离后上清液的单壁碳纳米管的薄膜。

发明内容

在制备含有分散的单壁碳纳米管的溶液的常规方法中，需要昂贵的设备、超离心分离机，并且还要将昂贵的重水用作溶剂。这样，存在着制备溶液昂贵的问题。此外，为了保持各个单壁碳纳米管处于分散状态的同时，精确地进行离心分离，溶液中单壁碳纳米管浓度需要小到某种程度，这样就存在着难以制备含有高浓度的经分散的单壁碳纳米管的溶液的问题。当通过浓缩所产溶液制造薄膜时，分散于溶液的单壁碳纳米管间的距离降低，因此单壁碳纳米管发生聚集并且再次形成集簇。甚至当单壁碳纳米管分散在薄膜中时，单壁碳纳米管在薄膜中的聚集要经历长时间的过程。这样，存在着难以制造确保发射近红外荧光的薄膜的问题。

本发明是为了解决上述问题，目的在于提供一种制造含碳纳米管材料的方法，其通过借助于非重水溶剂分离单壁碳纳米管，能够以低成本制造含碳纳米管材料，无需进行离心分离。

本发明另一个目的是提供一种制造含碳纳米管材料的方法，通过使用能抑制单壁碳纳米管聚集的增溶剂，即使当单壁碳纳米管浓度很高，该含碳纳米管材料也必然发射近红外荧光。

根据第一个方面的制造含碳纳米管材料的方法，其特征在于，通过在溶剂中将含有聚集的单壁碳纳米管集簇的碳纳米管松散材料和用于使单壁碳纳米管溶解于溶剂中的增溶剂相混合，以制备出一种溶液；使得被增溶剂溶解并从集簇中分离出的单壁碳纳米管分散于溶液中；以及使用过滤器过滤含有经分散的单壁碳纳米管的溶液以制备出碳纳米管溶液。

第一方面中，被增溶剂溶解的单壁碳纳米管分散于溶液中，使用过滤器过滤含有经分散的单壁碳纳米管的溶液，这样可以不借助离心分离制备出含有经分散的单壁碳纳米管的碳纳米管溶液。借助于过滤，即使当增溶剂浓度较高时，或者即使当溶液粘度较高时，也可以制备出含有经分散的单壁碳纳米管的碳纳米管溶液。

根据第二个方面制造含碳纳米管材料的方法，其特征在于，所述过滤器的孔径大小是能让经溶解并从集簇中分离的单壁碳纳米管通过，而不让集簇和多壁碳纳米管通过。

在第二方面中，所使用的过滤器的孔径大小是能够使单壁碳纳米管通过而不使聚集的单壁碳纳米管集簇和多壁碳纳米管通过，可以将单壁碳纳米管分离到成最终的碳纳米管溶液中。此外，通过适当选择过滤器的孔径，可以制备出含长度等于或小于一定长度的单壁碳纳米管的碳纳米管溶液。

根据第三方面的制造含碳纳米管材料的方法，其特征在于，增溶剂是具有使碳纳米管溶解于溶剂中的性质的高分子。

在第三方面中，因为用于溶解碳纳米管的高分子被用作增溶剂，而由单壁碳纳米管和高分子组成一种复合材料，因此单壁碳纳米管得以溶解。