[发明专利]碳质毫微管的宏观有序集合体

说明书

本申请是2000年10月27日提交的发明名称为“碳质毫微管的宏观有序 集合体”、国际申请号为PCT/US00/29722、国家申请号为00805107.0的PCT 国家阶段的分案申请。

本发明是在政府支持下、在美国国家航空和宇宙航行局和美国海军研究局 授予的资助号分别为NCC9-77和N00014-99-1-0246下做出的。政府在本发明 中享有一定的权利。

发明背景

富勒烯(fullerenes)是一种完全由呈六边形或五边形排列的sp²杂化碳原子 构成的闭合笼形分子。富勒烯(如C₆₀)最初被确定为由气化碳凝结产生的闭合球 形笼子。

用碳弧法将气化碳制成球形富勒烯时，是在阴极上以碳沉积物的形式生成 富勒烯管。参见Ebbesen等(Ebbesen I)发表于Nature，卷358，第220页(1992 年7月16日)的《碳质毫微管的大规模合成》(″Large-Scale Synthesis of Carbon Nanotubes″)，以及Ebbesen等(Ebbesen II)发表于Annual Review of Materials Science，卷24，第235页(1994)的《碳质毫微管》(″Carbon Nanotubes″)。这种 管在此称为碳质毫微管。许多通过这些过程制备的碳质毫微管是多壁毫微管， 即类似于同心圆柱体的碳质毫微管。多达7层壁的碳质毫微管描述于已有技术 中。参见Ebbesen II；Iijima等发表于Nature，卷354，第56页(1991年11月7 日)的《石墨碳的螺旋形微管》(″Helical Microtubules Of Graphitic Carbon″)。

使用公认的术语系统会有助于对碳质毫微管进行说明。本申请中将使用由 Academic Press，525 B Street，Suite 1900，San Diego，California 92101-4495或 6277 Sea Harbor Drive，Orlando，Florida 32877出版的M.S.Dresselhaus、G. Dresselhaus和P.C.Eklund的《富勒烯和碳质毫微管科学》(Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes)一书(ISBN0-12-221820-5)中第19章，尤其是第756-760 页(1996)中描述的碳质毫微管术语，该书参考结合于本发明中。单壁管状富勒 烯通过双重指数(n，m)互相区别，其中n和m是整数，说明了如何切割单独一条 六方“网状”石墨才能使得当它包绕到圆柱形表面上时其边缘无缝接合。当这 两个指数相同，即m＝n时，所得管子被称为是“扶手椅”(即n，n)型，这是因 为当该管子垂直于管轴向切割时，仅暴露六方形的面，它们环绕管边周围的图 案类似重复n次的扶手椅的扶手和椅座。扶手椅管是单壁碳质毫微管的较佳形 式，因为它们是金属的，具有非常高的导电率。此外，所有单壁毫微管的导热 率和拉伸强度都非常高。