[发明专利]制备碳纳米管溶液的方法

说明书

提供了一种制备碳纳米管溶液的方法，其包括：提供单分散的碳纳米管；在碳纳米管的表面上组装第一分散剂；以及使用组装有第一分散剂的碳纳米管形成碳纳米管溶液。

技术领域

本公开涉及碳纳米管，具体涉及一种制备碳纳米管溶液的方法。

背景技术

碳纳米管以其优异的电学性能和稳定性而受到广泛的关注。但通常生产的碳纳米管材料是半导体性碳纳米管(约占2/3)和金属性碳纳米管(约占1/3)的混合物。金属性碳纳米管的存在限制了碳纳米管的例如作为晶体管沟道材料的应用。近年来基于碳纳米管溶液的分离和提纯技术近几年有了较大发展。采用大规模制备的碳纳米管粉末样品，经过溶液提纯实现了纯度达99％及以上半导体性碳纳米管溶液的商业化。然而，在采用溶液法提纯过程中，首先需要进行碳纳米管的分散，这是因为通常大规模制备的单壁碳纳米管原料中由于表面范德华力作用碳纳米管倾向于形成管束。要分离金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管，首先要把管束分散开。通常分离管束的方法是把碳纳米管原料分散到溶剂中，在溶剂中加入表面活性剂或聚合物，然后在大功率超声波的作用下得到单分散的单壁碳纳米管溶液。然而，超声波在把管束打开的同时会在碳纳米管表面引入结构缺陷，导致碳纳米管的性能下降。此外，超声波在把管束打开的同时会切断碳纳米管，并且得到的碳纳米管长度是随机的，从而无法精确控制得到的单分散碳纳米管的长度。最终得到的溶液中的碳纳米管不仅含有大量的结构缺陷，而且碳纳米管的长度受到限制，一般长度主要分布在几十纳米到1-2微米之间，长度非常不均匀，对后续的使用造成了困难。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种制备碳纳米管溶液的方法，其包括：提供单分散的碳纳米管；

在碳纳米管的表面上组装第一分散剂；以及

使用组装有第一分散剂的碳纳米管形成碳纳米管溶液。

根据本公开的一些实施方式，提供单分散的碳纳米管的步骤还包括：提供具有相同长度的、单分散的碳纳米管。

根据本公开的一些实施方式，提供具有相同长度的、单分散的碳纳米管的步骤还包括：

通过化学气相沉积法在基底上生长平行排列的单分散的碳纳米管阵列；以及

将碳纳米管阵列切割成相同的长度。

根据本公开的一些实施方式，单分散的碳纳米管形成在基底上，以及在碳纳米管的表面上组装第一分散剂的步骤还包括：在形成在基底上的单分散的碳纳米管的表面上组装第一分散剂。

根据本公开的一些实施方式，在形成在基底上的单分散的碳纳米管的表面上组装第一分散剂的步骤还包括：

将形成有单分散的碳纳米管的基底在含有第一分散剂的第一分散剂溶液中放置设定时间；以及

从第一分散剂溶液中取出基底并使基底变干。

根据本公开的一些实施方式，使用组装有第一分散剂的碳纳米管形成碳纳米管溶液的步骤还包括：将组装有第一分散剂的碳纳米管转移至水中或含有第二分散剂的第二分散剂溶液中，以形成碳纳米管溶液。

根据本公开的一些实施方式，第一分散剂包括表面活性剂或聚合物。

根据本公开的一些实施方式，第二分散剂包括表面活性剂或聚合物。

根据本公开的一些实施方式，该方法还包括：从碳纳米管溶液中获得半导体性碳纳米管溶液。

根据本公开的一些实施方式，从碳纳米管溶液中获得半导体性碳纳米管溶液的步骤还包括：

对碳纳米管溶液执行离心操作以分离出半导体性碳纳米管溶液；或

使用色谱柱从碳纳米管溶液中分离出半导体性碳纳米管溶液。

附图说明