[发明专利]超长手性碳纳米管和制备方法、应用及高性能光电器件

权利要求书

1.一种超长手性碳纳米管，其特征在于，所述超长手性碳纳米管的直径为1.5-5.5nm，长度为100-650mm；其中，所述超长手性碳纳米管包括双壁碳纳米管和三壁碳纳米管中的至少一种，各管层均为半导体性且螺旋角均大于10°。

2.根据权利要求1所述的超长手性碳纳米管，其特征在于，所述超长手性碳纳米管的最小带隙分布在0.2-0.45eV。

3.根据权利要求1所述的超长手性碳纳米管，其特征在于，所述双壁碳纳米管的直径为1.5-3.5nm，管层间的螺旋角差值为α，0°＜α＜15°，且至少包含一层螺旋角为β的管壁，其中，β＞25°或β＝19±3°；

优选地，25°＜β≤30°；

优选地，所述双壁碳纳米管的直径为2-3.5nm，长度为154-650nm。

4.根据权利要求1所述的超长手性碳纳米管，其特征在于，所述三壁碳纳米管的直径为2.5-5.5nm，各管层的螺旋角均不相等，且至少包含一层螺旋角为γ的管壁，其中，γ＞25°或γ＝19±3°；

优选地，25°＜γ≤30°；

优选地，所述三壁碳纳米管的长度为154-650nm。

5.一种权利要求1-4任一项所述的超长手性碳纳米管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)将催化剂以固态、液态或气态形式负载于反应器中，并在反应器中放入生长基底；

(b)在惰性还原气体的保护下将反应器升温至反应温度，再将碳源和载气的混合气体通入反应器中进行反应；

(c)反应结束后，在反应器中通入惰性还原气体，冷却，得到超长手性碳纳米管。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂包括过渡金属单质和/或过渡金属化合物；

优选地，所述过渡金属包括Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cr、Ti、Pd、Pt和Au中至少一种；

优选地，所述催化剂在反应器中的负载方式包括旋涂、压印、蒸镀和气相沉积中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，反应温度为900-1200℃，反应时间为6-50min；

优选地，反应时间为6-15min，得到第一超长手性碳纳米管，所述第一超长手性碳纳米管的长度为L₁，50mm＜L₁≤100mm，且所述第一超长手性碳纳米管的纯度为50-60％；

优选地，反应时间为20-30min，得到第二超长手性碳纳米管，所述第二超长手性碳纳米管的长度为L₂，100mm＜L₂≤150mm，且所述第二超长手性碳纳米管的纯度为80-90％；

优选地，反应时间为35-50min，得到第三超长手性碳纳米管，所述第三超长手性碳纳米管的长度为L₃，150mm＜L₃≤650mm，且所述第三超长手性碳纳米管的纯度为100％。

8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤(b)中，碳源在反应器中进行反应时，超长手性碳纳米管在生长基底上生长，生长速度为70-150μm/s；

优选地，在步骤(b)中，碳源在反应器中进行反应时，原位引入外场；

优选地，所述外场包括电场、磁场、声场和光波中的至少一种；

优选地，在步骤(b)中，反应器的升温速度为10-60℃/min；

优选地，所述惰性还原气体为惰性气体和氢气的混合气体；

优选地，所述载气为氢气；

优选地，所述载气中，氢气和碳源的体积比为1-5:1；

优选地，所述碳源包括甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、乙烯、丙烯和一氧化碳中至少一种；

优选地，所述载气的含水量为0.3-0.6wt％；

优选地，所述惰性气体包括氦气、氖气和氩气中的至少一种。