[发明专利]剥离的碳纳米管、其制备方法及由此获得的产品

说明书

本发明涉及剥离的碳纳米管、其制备方法及由此获得的产品。在各实施方案中，本公开描述了剥离的碳纳米管。即便当不被分散在介质如聚合物或液体溶液中时，所述碳纳米管也保持其剥离状态。制备剥离的碳纳米管的方法包括将碳纳米管悬浮在含纳米晶体材料的溶液中、从溶液沉淀剥离的碳纳米管和分离剥离的碳纳米管。纳米晶体材料也可包括纳米棒、羟基磷灰石和各种羟基磷灰石衍生物。聚合物复合材料通过混合剥离的碳纳米管与聚合物材料制备。在混合在聚合物材料中后，碳纳米管保持其剥离状态。

本申请是申请日为2009年12月18日、申请号为200980155854.4、发明名称为“剥离的碳纳米管、其制备方法及由此获得的产品”的中国专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年12月18日提交的美国临时专利申请61/138,551和2008年12月19日提交的美国临时专利申请61/139,050的优先权，所述专利申请各自通过引用全文并入到本文中。

关于联邦资助研究的声明

不适用。

技术领域

本发明涉及剥离的碳纳米管、其制备方法及由此获得的产品。

背景技术

目前，固态碳纳米管以手性形式的混合物的团聚纳米管束产生。如不对碳纳米管进行相当大的化学和物理性质改性，当前的技术不能完全剥离碳纳米管束而产生单个化的固态碳纳米管。此外，目前没有按长度、直径、手性或其组合大规模地分离碳纳米管的有效方法。

人们已开发了多种方法来在溶液中解开碳纳米管的束。例如，可通过氧化措施将碳纳米管截短并然后作为单个的纳米管分散在溶液中。碳纳米管也可在表面活性剂的存在下通过超声处理作为个体分散在溶液中。用于将碳纳米管分散在溶液中的示例性表面活性剂包括例如十二烷基硫酸钠和PLURONICS。在一些情况下，可自聚合物包覆碳纳米管制备单个化的碳纳米管的溶液。还已用多糖、多肽、水溶性聚合物、核酸、DNA、多聚核苷酸、聚酰亚胺和聚乙烯基吡咯烷酮制备单个化的单壁碳纳米管溶液。

人们已提出碳纳米管的若干用途，包括例如储能装置(例如超级电容器、超电容器和电池)、场发射器、导电膜、导线和膜过滤器。碳纳米管在聚合物复合材料中作为增强剂的用途是碳纳米管预期具有重要实用性的另一领域。但是碳纳米管在这些应用中的使用遭遇了障碍，因为通常不能可靠地产生单个化的碳纳米管。例如，向聚合物复合材料中碳纳米管的负载转移通常低于如果碳纳米管完全剥离为单个的纳米管所预期的负载转移。

同样，在涉及电导的应用中，与分散为单个个体形成对照，当碳纳米管团聚时，由于可接近的碳纳米管表面减少，故电导率将低于预期。此外，当在涉及电导的应用中使用导电和不导电或半导体碳纳米管的混合物(即具有手性混合物的碳纳米管)时，电导率将低于所有碳纳米管均是电导体时可获得的电导率。如上所述，目前用于制造剥离的碳纳米管的方法通常导致纳米管被截短或官能化。这样的截短或官能化通常也导致电导率的降低，电导率的降低对于高电导率有利的应用来说将是不利的。

鉴于前述方面，固态的剥离的碳纳米管及用于有效剥离碳纳米管而不损伤纳米管的方法是本领域中相当感兴趣的。这样的剥离的碳纳米管在包括例如储能装置和聚合物复合材料的应用中很可能具有显著改进的性质。按手性、长度、直径或其组合进一步分离剥离的碳纳米管以便进一步利用其性质也是本领域中相当感兴趣的。

发明内容

在各种实施方案中，本文公开了剥离的碳纳米管的组合物。所述剥离的碳纳米管以固态例如分散的碳纳米管的垫分散。所述剥离的碳纳米管保持剥离态并且未分散在连续的基体如聚合物基体分散剂或溶液中。

在其他各种实施方案中，本文公开了制备剥离的碳纳米管的方法。

在一些实施方案中，制备剥离的碳纳米管的方法包括将碳纳米管悬浮在含第一量的纳米晶体材料的溶液中、从所述溶液沉淀第一量的剥离的碳纳米管和分离所述第一量的剥离的碳纳米管。