[发明专利]制备均匀单壁碳纳米管的方法

说明书

本申请要求2006年3月29日提交的U.S.S.N.60/743,939的权益 和优先权，其内容在此通过引用结合到本文中。

发明背景

发明领域

本发明涉及制备直径均匀的单壁碳纳米管的方法。更具体地讲， 本发明涉及自已加入富勒烯晶种(seeded)或涂覆有富勒烯的金属催化 剂制备单壁碳纳米管的方法。

碳纳米管

本发明属于碳纳米管(又名原纤维)领域。碳纳米管为直径小于 1.0μ，优选小于0.5μ，甚至更优选小于0.2μ的蠕虫状碳沉积物。碳纳 米管可为多壁的(即，具有一个以上在纳米管轴上的石墨层)或单壁的 (即，仅具有一个在纳米管轴上的石墨层)。已知还有其他类型的碳纳 米管，如鱼骨形原纤维(例如，类似嵌套的锥形)等。生成时，碳纳米 管的形式可为离散纳米管、纳米管聚集体(即，包括纠缠或捆扎的碳 纳米管的致密微观粒子结构)或两者的混合物。

碳纳米管与市售可得的连续碳纤维不同。例如，连续碳纤维的直 径(始终大于1.0μ且通常为5-7μ)远大于碳纳米管的直径(通常小于 1.0μ)。碳纳米管还具有远优于碳纤维的强度和导电率。

碳纳米管还在物理和化学性质上与其他形式的碳如标准石墨和 碳黑不同。标准石墨由于其结构而可经受氧化直至几乎完全饱和。另 外，碳黑为通常呈具有石墨烯结构(如碳层围绕着无序核)的球形颗粒 形式的无定形碳。另一方面，碳纳米管具有一个或多个基本上绕纳米 管圆柱体轴同心排列的有序石墨烯碳原子层。这些差异尤其使得很难 用石墨和碳黑来预测碳纳米管化学。

多壁碳纳米管与单壁碳纳米管彼此不同。例如，多壁碳纳米管具 有沿纳米管轴的多个石墨层，而单壁碳纳米管在纳米管轴上仅具有一 个石墨层。

产生多壁碳纳米管的方法也不同于用以产生单壁碳纳米管的方 法。具体地说，要得到多壁还是单壁碳纳米管，需要催化剂、催化剂 载体、原材料和反应条件的不同组合。某些组合还会得到多壁碳纳米 管与单壁碳纳米管的混合物。

形成多壁碳纳米管的方法为大家所熟知。例如，Baker和Harris， Chemistry andPhysics of Carbon，Walker和Thrower编，Vol.14，1978， 83页；Rodriguez，N.，J.Mater.Research.Vol.8，3233页(1993)；Oberlin， A.和Endo，M.，J.of Crystal Growth.Vol.32(1976)，第335-349页； Tennent等的美国专利第4,663,230号；Tennent等的美国专利第 5,171,560号；Iijima，Nature 354，56，1991；Weaver，Science 265，1994； de Heer，Walt A.，“Nanotubes and the Pursuit of Applications(纳米管及 应用探寻)，”MRS Bulletin，2004年4月；等。所有这些参考文献在 此都通过引用结合到本文中。