[发明专利]处理碳纳米管的方法、碳纳米管以及碳纳米管元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理碳纳米管的方法、得到的碳纳米管以及制备碳纳米 管元件的方法。

背景技术

碳纳米管(CNT)作为一维纳米材料，具有许多优异的电学、力学和化 学特性，因此日益受到人们的关注。随着对纳米材料研究的不断深入，碳纳 米管的广阔应用前景也正不断的涌现，例如用于场发射电子源、纳米场效应 晶体管、储氢材料以及高强度纤维等。

碳纳米管根据碳原子管壁的层数可以分为单壁碳纳米管(SWNT)和多 壁碳纳米管(MWNT)，其中多壁碳纳米管可以理解为由不同直径单壁碳纳 米管套装而成。在实际研究和应用中，单壁碳纳米管、层数较少的多壁碳纳 米管由于拥有的性能突出而具有重要的地位。

碳纳米管根据导电性又可以分为金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管， 其中前者可以用于场发射电子源和电极材料等，后者可以用于纳米场效应晶 体管和传感器等。Saito等人在论文“Saito R et al，Material Secience and Enginerring，1993，B19：185～191”中经理论分析后认为，根据单壁碳纳米管 的直径和螺旋角度，其中大约有1/3是金属性，而其余2/3则是半导体性的。 由于制备工艺条件的差别以及纯化处理等，实际所得到的产物中两种类型的 碳纳米管的比例可能并不严格符合上述理论值。随着碳原子管壁层数增加， 碳纳米管的金属性逐渐增加并最后变为纯金属性的。

常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法以及激光 蒸发法等。通过这些方法所得到的碳纳米管的产物通常既包括金属性碳纳米 管又包括半导体性碳纳米管，二者混合在一起。因此将金属性和半导体性碳 纳米管投入实际应用的前提之一就是从制备产物中将不同导电性能的碳纳 米管彼此分离。由此碳纳米管的分离已成为当前研究的重要课题之一。

目前，人们已经提出了多种利用金属性和半导体性碳纳米管在化学、物 理性能方面的差异而分离碳纳米管的方法。例如，Collins等人在论文 “Engineering Carbon Nanotubes and Nanotube Circuits Using Electrical Breakdown，Philip G.Collins，et al，Science 2001，292，706-709”中提出了一种 电击穿方法；Zhang等人在论文“Selective Etching of Metallic Carbon Nanotubues by Gas-Phase Reaction，Guangyu Zhang，et al，Science 10 November 2006：974-977”中提出了一种甲烷等离子处理方法，其中在反应过程中对金 属性碳纳米管进行刻蚀而留下半导体性碳纳米管；Chen等人在论文“Bulk Separative Enrichment in Metallic or Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes，Zhihong Chen，et al，Nano Lett.，2003，3(9)，pp1245-1249”中，以及 Maeda等人在论文“Dispersion and Separation of Small-Diameter Single-Walled Carbon Nanotubes，Yutaka Maeda，et al，J.Am.Chem.Soc.，2006，128(37)pp 12242”中，各自提出了选择性吸附方法；Krupke等人在论文“Separation of Metallic from Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes，Ralph Krupke， ct al，Science 18 July 2003：344-347”中提出了电泳方法；而Arnold等人在论 文“Sorting carbon nanotubes by electronic structure using density differentiation， Michael S.Arnold，et al，Nat.Nanotechnol.，2006，1，pp60-65”中提出了密度梯 度离心分离方法。

发明内容

然而，依然需要更有效地处理碳纳米管以改变其特性的方法，例如更有 效地、便捷且大规模地分离金属性和半导体性碳纳米管或得到某些直径的碳 纳米管的方法。