[发明专利]一种控制碳纳米管直径的方法

说明书

本发明属于碳纳米管领域，公开了一种控制碳纳米管直径的方法，该方法包括以下步骤：(1)将碳纳米管分散在溶剂中，取少量上层清液滴在加热芯片上并加热烘干以使得所述清液中的溶剂挥发而残留下碳纳米管；(2)在真空环境下，利用所述加热芯片将碳纳米管加热至800℃以上，之后利用电子束对碳纳米管进行辐照，通过碳纳米管直径的无损可控连续缩减，使碳纳米管达到预期直径。采用本发明提供的方法能够制备任意特定直径(小于初始直径)的碳纳米管，不仅可以对单根碳纳米管进行处理，还可以同时大批量处理多根碳纳米管，得到特定直径甚至最小直径的碳纳米管。

技术领域

本发明属于碳纳米管领域，具体涉及一种控制碳纳米管直径的方法。

背景技术

自从1991年被首次发现以来，碳纳米管由于其独特的结构和奇特的物理化学性质，在全世界引起了广泛的关注。研究表明，碳纳米管的物理和化学性质在很大程度上取决于它的尺寸和手性，手性指数的细微变化就可以极大地改变碳纳米管的能带结构和电学性能。因此，制备直径和手性可控的碳纳米管对于发展各种基于碳纳米管的电子及光电子器件异常关键。另外，当碳纳米管直径变得极小时，强烈的曲率效应会使σ和π轨道杂化加重，从而改变电子态分布并增加电子-声子耦合，使得碳纳米管呈现出一些非常规特性，如超导行为。同时，随着碳纳米管直径的减小，其力学、热学和磁学等方面也可能会表现出与大直径的碳纳米管截然不同的性质。

近年来，许多科研工作者利用各种实验和理论方法致力于探索碳纳米管的最小直径，并取得了一系列重要进展。从早期发现的0.7nm单壁碳纳米管逐渐降低至更小的0.4nm左右的单壁碳纳米管，甚至在极少数空间限域条件下，碳纳米管可以更小，如多壁碳纳米管的最核心处观察到的直径为0.3nm的单壁碳纳米管。对于简单的多壁碳纳米管，即双壁碳纳米管来说，也有对其最小直径的理论预测。然而，如何制备最小的双壁碳纳米管以及其他少壁碳纳米管却缺少相关的实验研究。人们也自然会好奇，最小双壁或少壁碳纳米管的直径究竟是多少？在其最小直径下，这些碳纳米管又会具有哪些奇异的物理和化学性质？因此，急需发展一种能够简单、有效地控制碳纳米管直径的方法来解决这些重要且具有实际应用价值的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种新的控制碳纳米管直径的方法。

本发明提供的控制碳纳米管直径的方法包括以下步骤：

(1)将碳纳米管分散在溶剂中，取少量上层清液滴在加热芯片上并加热烘干以使得所述清液中的溶剂挥发而残留下碳纳米管；

(2)在真空环境下，利用所述加热芯片将碳纳米管加热至800℃以上，再利用电子束对碳纳米管进行辐照，通过碳纳米管直径的无损可控连续缩减，使碳纳米管达到预期直径。

优选地，所述碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、三壁碳纳米管和四壁碳纳米管中的至少一种。

优选地，所述溶剂选自乙醇、乙二醇和丙酮中的至少一种。其中，所述分散的条件只要能够使得碳纳米管在溶剂中充分分散，即，以分散态而非聚集态形式存在即可。

优选地，所述加热烘干的温度为60～100℃。

优选地，当所述碳纳米管的直径不再缩减时，立即停止电子束辐照。

优选地，步骤(2)中，所述加热的温度为1000～1200℃。

优选地，步骤(2)中，所述电子束辐照的强度为10～100A/cm²。

优选地，步骤(2)中，所述加热方式为将干燥后的加热芯片安装到原位加热杆上，然后将原位加热杆转移到透射电子显微镜中，启动与原位加热杆配套的控温软件，对加热芯片进行加热处理，使加热芯片快速升温到800℃以上、优选加热到1000～1200℃，保持恒温。