[发明专利]金属性和半导体性碳纳米管的分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管(CNT)的分离方法，尤其涉及一种从碳纳米管中高效、简易、低成本分离出单一导电性质的金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管的方法。

背景技术

单壁碳纳米管(SWCNT)以其优良的化学稳定性、力学性能以及可调制的电学和光学性质在高性能、低成本微纳米光电器件及薄膜光电器件等方面具有极大的应用前景。单壁碳纳米管可看作是由单层石墨层绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝空心管。管径和螺旋角度的不同使单壁碳纳米管呈现可调制的电学性能。

但是，鉴于目前常规手段包括电弧、激光烧蚀与化学气相沉积等方法所制备的碳纳米管都是金属性与半导体性碳纳米管的混合物，半导体性碳纳米管的存在会一定程度降低碳纳米管薄膜的导电性能，而金属型碳纳米管的存在则会降低碳管的晶体管特性。因此，碳纳米管分离技术成为近期人们关注和研究的热点。

近年来，人们相继开发出了多种单一导电属性碳纳米管的直接制备工艺和不同导电属性单壁碳纳米管的制备后处理分离技术，其中，现有的单一导电属性碳纳米管的制备工艺包括等离子体增强气相化学沉积法直接制备半导体型碳纳米管的工艺、采用单羟基醇类化合物作为碳源给料直接CVD生长高金属型碳纳米管的工艺等，但此类工艺实现起来非常困难，不易控制，且效率很低。现有的不同导电属性单壁碳纳米管的后处理分离技术一般利用单壁碳纳米管的直径、手性以及电子结构等性质的差异，实现部分单壁碳管的选择性分离及其导电属性的分离，如大电流烧蚀法去除金属型CNT的工艺、利用选择性氧化反应消除金属型CNT的工艺、基于超高速离心技术或基于电泳技术的金属性和半导体性CNT分离工艺等，但这些工艺或是不能同时实现两种碳管的富集和分离，或是对设备要求高，工艺耗时过长，或是分离介质昂贵，成本高，或是分离出来的单一导电属性CNT纯度，分离介质难以消除，因此都还不能满足低成本、大规模生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种金属性和半导体性碳纳米管的分离方法，其可高效、低成本地批量分离出粗制碳纳米管中的金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管，从而克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种金属性和半导体性碳纳米管的分离方法，其特征在于，该方法为：将碳纳米管样品分散于分散液中后，添加至填充有填料基质的色谱柱中，再向色谱柱中添加选定的脱洗液，其后根据金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管在色谱柱中保留时间的差异，分批收集从色谱柱中流出的金属性碳纳米管富集流出液和半导体性碳纳米管富集流出液，实现金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管的分离；

所述分离用填料基质为多糖、蛋白质、高分子聚合物以及无机或有机高分子弹性凝胶中的任意一种或两种以上的组合；

所述洗脱淋洗液为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地讲，该方法包括如下步骤：

I、向色谱柱中添加填料基质；

II、将碳纳米管超声溶解于分散液中，并将碳纳米管分散液添加到色谱柱中；

III、向色谱柱中添加洗脱淋洗液，根据金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管在色谱柱中保留时间的差异，在色谱柱末端分批收集金属性碳纳米管富集流出液和半导体性碳纳米管富集流出液；

IV、完成金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管的分离后，以洗脱淋洗液对色谱柱进行反复淋洗，以便进行下一批次碳纳米管的分离；

V、重复上述步骤I～IV，实现碳纳米管的批量分离。

所述碳纳米管为由激光蒸发法、电弧放电法或化学气相沉积法制备的，含有金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管的单壁碳纳米管。

所述无机或有机高分子弹性凝胶为葡聚糖系列、琼脂糖系列、琼脂糖-葡聚糖系列、聚丙烯酰胺系列、葡聚糖-聚丙烯酰胺系列、聚乙烯醇系列、聚苯乙烯系列以及聚甲基丙烯酸羟乙脂凝胶中的任意一种或两种以上的组合。

所述填料基质和/或分散液中含有表面活性剂。

所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂中的任意一种或两种以上的组合。

所述表面活性剂为两性分子化合物，所述两性分子化合物为DNA、高分子聚合物和蛋白质中的任意一种或两种以上的组合。

所述洗脱淋洗液为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂中的任意一种或两种以上的组合。

所述阴离子表面活性剂为碳链10～14的直链烃基硫酸盐；或者，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、胆酸钠和脱氧胆酸钠中的任意一种或两种以上的组合。