[发明专利]一种电弧法制备碳纳米角的方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纳米材料制备工艺技术领域，特别涉及一种电弧法制备碳纳米角的方法。

背景技术

随着纳米技术的迅速发展，单壁碳纳米角因其特殊的管锥状结构和特性，在材料科学和生物医学领域中得到越来越广泛的应用。自1999年Ijima首次发现碳纳米角后，与之相关的研究逐渐成为新材料领域的研究热点，碳纳米角具有许多吸引人的物理化学性质，比如，电导率高、机械性能好、比表面积大、长径比大等。碳纳米角表面可功能化，提供了对其功能化修饰的平台，扩大了其应用范围，碳纳米角集体能增强渗透聚集效应并且细胞吸收率高。碳纳米角的这些优良特性使其在电化学、吸附剂、药物传输体系、生物标记等诸多领域有重要的应用。

碳纳米角的宏量制备最早由日本的Ijima等人在室温下用激光法实现(Chem.Phys.Lett.,1999,165-170)。他们使用CO2激光器在Ar气氛中760Torr压力下蒸发石墨棒，获得了高纯度的碳纳米角。由于激光法的成本较高，研究人员后来发展了碳纳米的电弧法制备。电弧法是通过电弧放电蒸发石墨，使碳原子重新组合为碳纳米角。Sano N等人报道了以水或者液氮作为介质采用电弧法制备碳纳米角(J.Phys.D:Appl.phys,2004,37,1720；Nanotechnology，2004，15，546-550)，但该方法中水或液氮的使用，使得操作比较复杂。

发明内容

本发明提出了一种电弧法制备碳纳米角的方法，解决现有的电弧法制备碳纳米角操作复杂的问题。

一种电弧法制备碳纳米角的方法，是以石墨棒作为电弧法制备碳纳米角的阴阳两极，阴阳两极正对放置，在高电流和压缩空气气氛下进行直流电弧放电，在直流电弧放电过程中，不断消耗阳极石墨棒，并保持阴阳两极的间距为1～3nm，制得碳纳米角。

其中，优选地，所述石墨棒为方形光谱石墨电极。

其中，优选地，所述方形光谱石墨电极的尺寸为30mm*30mm*310mm。

其中，优选地，所述直流电弧放电时的放电电流为1000～2000A。

其中，优选地，所述压缩空气气氛的压力为-3～-4*10^-2MPa。

其中，优选地，所述压缩空气气氛下电弧灼烧温度为2000～2500℃。

其中，优选地，还包括将得到碳纳米角在空气中灼烧的步骤，用以去除纳米石墨烯中少量的无定形碳，灼烧温度400-500℃。

本发明的有益效果：

1)本发明使用直流电弧法，设备简单、生产成本低，生产效率高，且绿色无污染。

2)本发明制得的碳纳米角产物纯度高，经简单纯化之后，碳纳米角纯度可达到95％以上。

3)本发明的制得的碳纳米角的扫描及透射电子显微镜表征表明碳纳米角的直径为2-5nm，聚集成直径为80-100nm的球形聚集体。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的后提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所得的碳纳米角透射电子显微镜照片(55nm)；

图2为本发明所得的碳纳米角透射电子显微镜照片(20nm)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动后提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种电弧法制备碳纳米角的方法，是以石墨棒作为电弧法制备碳纳米角的阴阳两极，阴阳两极正对放置，在高电流和压缩空气气氛下进行直流电弧放电，在直流电弧放电过程中，不断消耗阳极石墨棒，并保持阴阳两极的间距为1～3nm，制得碳纳米角。

实施例1

一种电弧法制备碳纳米角的方法，是以石墨棒作为电弧法制备碳纳米角的阴阳两极，阴阳两极正对放置，在高电流和压缩空气气氛下进行直流电弧放电，在直流电弧放电过程中，不断消耗阳极石墨棒，并保持阴阳两极的间距为2nm，制得碳纳米角。

其中，石墨棒为方形光谱石墨电极，方形光谱石墨电极的尺寸为30mm*30mm*310mm。