[发明专利]分散剂、碳纳米管组合物和形成该碳纳米管组合物的方法

说明书

本申请要求分别于2007年2月27日和2007年5月30日提交的第10-2007-0019534号和第10-2007-0052574号韩国专利申请的优先权，该申请的公开通过引用被完全包含于此。

技术领域

本公开涉及一种用于碳纳米管的分散剂。具体地讲，本公开涉及一种促进碳纳米管在组合物中进行良好分散的分散剂。

背景技术

碳纳米管(CNT)为管状分子，其中，一个碳原子与其它碳原子键合成蜂窝状布置。通常，碳纳米管可具有单壁(单壁碳纳米管)或多壁(多壁碳纳米管)。单壁碳纳米管具有大约0.7纳米至大约3纳米的直径，而多壁碳纳米管具有大约3.5纳米至大约500纳米的直径。通常，碳纳米管具有大约5至大约10,000的长径比(aspect ratio)。由于范德华力使得单壁碳纳米管通常以绳(rope)的形式存在。碳纳米管也以被称作团聚体(aggregate)的束(bundle)的形式存在。

碳纳米管具有优异的机械性能、高的电选择性(electrical selectivity)、优异的场发射性能和高效储氢介质特性。此外，碳纳米管可表现出半导体性质或金属性质。由于这些各种类型的碳纳米管具有准一维结构，所以它们具有不同的能隙并表现出特殊的量子效应。

可使用各种方法来生产碳纳米管，所述各种方法例如电弧放电法、裂解法(pyrolysis method)、激光沉积法、等离子体化学气相沉积法、热化学气相沉积法和电解法。

此外，由于碳纳米管具有高导电性，所以碳纳米管用于形成导电膜，并且将来将把碳纳米管用于各种功能复合物(functional complex)(例如场致发射显示器(FED)和扫描探针显微镜(SPM)的探针等)中的可能性正在增加。因此，关于碳纳米管的研究正在快速增加。

同时，为了利用碳纳米管形成导电膜或者为了将碳纳米管应用于功能复合物中，期望将碳纳米管分散在合适的分散介质中。然而，由于碳纳米管具有非常大的表面引力(surface attractive force)，诸如为分子间力的范德华力，所以碳纳米管颗粒易于相互团聚而形成绳状。这种团聚现象阻碍了三维结构的形成，而三维结构的形成可提高碳纳米管的机械强度和导电性。因此，为了提高碳纳米管的适用性，期望利用合适的分散剂对碳纳米管进行分散的技术。然而，目前由于这些分散技术达不到预期效果，所以使碳纳米管的应用受到了限制。

作为一种表面活性剂的分散剂包括头(head)和尾(tail)。这里，期望头具有与分散质(例如，纳米管)的亲合力(affinity)，并期望尾具有与分散介质的亲合力，其中，分散质是将被分散的物质，分散介质是用于分散物质的溶剂。此外，期望一种好的分散剂来兼用作颗粒之间碰撞的阻碍。

水性分散剂，诸如十二烷基苯磺酸钠(NaDDBS)、十二烷基磺酸钠、TX-100、聚乙烯吡咯烷酮等，用作碳纳米管的传统分散剂。然而，却存在着这样的问题：水性分散剂仅可易于将碳纳米管分散在水中，但对于碳纳米管在有机溶剂中的分散却不能产生作用。

此外，有机分散剂尚未广泛地被人们所了解。然而，未经审查的第2004-0039425号韩国申请公开和未经审查的第2004-339301号日本申请公开已经公开了可利用聚噻吩共轭聚合物使碳纳米管易于分散在有机溶剂中的事实。然而，使用聚噻吩聚合物是有缺点的，其中最大的缺点就是对聚噻吩的分子量缺乏控制。对聚噻吩的分子量缺乏控制导致碳纳米管仅有限地在两种或三种介质中得到分散。

因此，期望具有一种分散剂，以将碳纳米管分散在各种溶剂中，所述各种溶剂包括有机溶剂、水性溶剂和它们的混合物。

发明内容

因此，在一个实施例中，提供了一种用于碳纳米管的分散剂，该分散剂包括具有头和尾的分子，其中，头包括芳香环，尾进行区域规则布置。通过控制分散剂的结构性质，该分散剂可改进碳纳米管的分散。

在另一实施例中，一种碳纳米管组合物包括分散剂，所述分散剂具有能够改进碳纳米管的分散的结构。

在又一实施例中，一种用于碳纳米管的分散剂包括头和尾，其中，尾进行区域规则布置。

在又一实施例中，优选地，头与尾的比为1或者大于1。

在又一实施例中，一种碳纳米管组合物包括具有上述结构的分散剂、碳纳米管和分散介质，其中，所述分散介质选自于由有机溶剂、水和它们的混合物组成的组。

基于该组合物的总重量，该组合物可包括大约0.001wt％至大约10wt％(重量百分比)的分散剂，大约0.01wt％至大约5wt％的碳纳米管和剩余百分比的分散介质。