[发明专利]由碳纳米管和金属构成的纳米复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及由碳纳米管和金属构成的纳米复合物及其制备方法，更准确地说，本发明涉及这样的碳纳米管-金属复合物及其制备方法：其中几个nm至数百nm的金属颗粒均匀地分散在碳纳米管中，并且特别是金属颗粒按照尺寸进行有规律的结合。

背景技术

近来发现的碳纳米管由于其优异的机械强度、导热性、导电性和化学稳定性而在包括能源工业、环境和电子材料在内的各种领域中具有很大的应用可能性。1991年，日本NEC的Lijima博士在TEM下研究了通过电弧放电形成在负极上的碳体，在该过程中他发现了细长的棒形碳纳米管，并稍后在Nature上发表了关于此发现的论文，这是对碳纳米管的首次报道。碳纳米管是石墨侧以纳米尺寸的直径卷拢，并且根据该卷拢石墨侧的角度和结构而显示出金属或半导体的特征。碳纳米管不仅因其对生物组织的亲和性而可望用作新型医用材料，还可用作用于超细连接、超细管、超细液体注射装置和气体传感器的适宜材料。最近正在积极进行对于碳纳米管用作电子发射源和场发射源显示器(FED)的研究。除此之外，也正在积极研究碳纳米管作为用于可望成为替代性能源的燃料电池和二次电池的原料的应用，以及作为要求质轻且强度高的基体材料的应用。

碳纳米管-金属复合物是一种适于用作电子工业领域材料的新型材料，准确地说，适于作为电极材料用于场发射显示器、燃料电池和太阳能电池，用于燃料电池的储氢装置，用于电磁干扰屏蔽装置，以及作为电子墨水的原料。

该复合物也可望成为新型的增强材料，这种材料质轻但强度很高，因而适合于高强度、轻质的工具钢和汽车零件，以及作为用于国防工业的材料。

碳纳米管-金属复合物是通过在碳纳米管中诱发官能团然后使诱发的官能团与金属(Co、Cu、Ni等)发生反应而制备的新型材料。由于其中包含有金属成分，复合物显示出有利于各种应用的优异性质，所述应用例如为场发射显示器的制造、储氢装置组件、电极、超级电容器、电磁干扰屏蔽装置和高强轻质的应用产品。如果待结合的金属颗粒是纳米尺寸的，则会改变金属的性质。金属物理性质中最特殊的改变是熔点的降低。而且，熔点随着纳米金属颗粒的尺寸变小而进一步降低。因此，碳纳米管复合物具有与传统材料不同的性质，并且作为新型材料提供了多样化的适用性。

根据新型材料的要求，通过碳纳米管和金属的物理混合并烧结而开发出碳纳米管-金属复合物(P.J.F.Harris，International Materials Reviews，第49卷，第31-43页，2004)。

然而，在该复合物中，金属并未与碳纳米管结合，而是不规则地分散形成团块，使得该复合物不适宜作为新型材料。近来还进行了其他尝试来通过使金属与碳纳米管进行化学结合来制备复合物。但是，在该方法中，金属覆盖了整个碳纳米管，使得碳纳米管的特性受到隐匿。

同时，韩国专利第616071号和778094号描述了通过在碳纳米管分散溶剂中使用还原剂来还原金属前体的方法。不过，以上专利也存在这样的问题，即，通过加入的还原剂进行的还原在反应溶液中无规律的发生，因而制得的碳纳米管-金属复合物的分散性较差，而且金属颗粒的尺寸不规律。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的是提供一种碳纳米管-金属复合物及其制备方法，在所述碳纳米管-金属复合物中，尺寸为几个nm至数百nm的金属颗粒均匀地分散在碳纳米管中，并且特别是金属颗粒按照尺寸进行有规律的结合。

本发明的另一个目的是提供一种用于制备碳纳米管-金属复合物的方法，其中将待与碳纳米管结合的金属颗粒的尺寸控制得更小更均匀，以使所述金属纳米颗粒更均匀地分散并与碳纳米管结合。

技术方案

在用来实现上述目的的全部研究之后，本发明人确认，通过包括以下步骤的方法可以制得增强的碳纳米管-金属复合物：在还原性溶剂中分散碳纳米管，所述还原性溶剂选自由多元醇、二醇醚或其混合物组成的组；加入稳定剂和金属前体，然后进行热处理以使还原的金属颗粒均匀地分散在碳纳米管上。特别是，加入的稳定剂能够在通过还原金属前体形成金属颗粒的过程中提高金属颗粒的稳定性，这表明与不使用稳定剂制得的金属颗粒相比，能够形成尺寸更为规律的金属颗粒。该结果指出，通过使用稳定剂能够控制金属颗粒的尺寸。