多壁碳纳米管的剪切方法
专利汇可以提供多壁碳纳米管的剪切方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 纳米技术 领域的多壁 碳 纳米管 的剪切方法，步骤为：(1)将多壁 碳纳米管 超声分散到亚 铁 盐的 水 溶液中，在80℃水浴条件下强烈搅拌并滴加过 氧 化氢液体，保持 温度 反应后过滤、干燥，得到管壁附着氧化铁前驱体的碳纳米管粉末；(2)将步骤(1)得到的附着氧化铁前驱体的碳纳米管在 石英 管中惰性气体保护下加热升温至400～500℃，在该温度下保持使前驱体转化为氧化铁，之后再次升温至800～900℃发生还原反应，并在该温度下保温，冷却后所得粉末在稀 硝酸 中回流处理，以除去金属铁及剩余氧化铁，经过滤、洗涤、干燥后得到剪切后的碳纳米管。本 发明 最终得到两端开口的，长度介于200～500nm的碳纳米管。，下面是多壁碳纳米管的剪切方法专利的具体信息内容。
1.一种多壁碳纳米管的剪切方法，其特征在于，采用湿化学的方法在碳纳米 管表面沉积氧化铁颗粒，再利用碳还原氧化铁的反应，对碳纳米管进行化学剪切。
2.根据权利要求1所述的多壁碳纳米管的剪切方法，其特征是，包括以下步 骤：
(1)氧化铁前驱体在碳纳米管表面的沉积：将多壁碳纳米管超声分散到亚铁 盐的水溶液中，在80℃水浴条件下强烈搅拌并滴加过氧化氢液体，保持温度反 应后过滤、干燥，得到管壁附着氧化铁前驱体的碳纳米管粉末；
(2)多壁碳纳米管的剪切：将步骤(1)得到的附着氧化铁前驱体的碳纳米管在 石英管中惰性气体保护下加热升温至400～500℃，在该温度下保持使前驱体转 化为氧化铁，之后再次升温至800～900℃发生还原反应，并在该温度下保温， 冷却后所得粉末在稀硝酸中回流处理，以除去金属铁及剩余氧化铁，经过滤、洗 涤、干燥后得到剪切后的碳纳米管。
3.根据权利要求2所述的多壁碳纳米管的剪切方法，其特征是，步骤(1)中， 所述的亚铁盐的水溶液浓度为0.5M，亚铁盐选自七水硫酸亚铁或氯化亚铁。
4.根据权利要求2或3所述的多壁碳纳米管的剪切方法，其特征是，步骤(1) 中，所述的过滤，采用F型聚偏氟乙烯有机微孔滤膜，其滤孔直径为0.45μm； 所述干燥，是指：在100～120℃干燥2～4小时。
5.根据权利要求2或3所述的多壁碳纳米管的剪切方法，其特征是，步骤(1) 中，所述的碳纳米管与亚铁盐的水溶液的比例为：0.01～0.02g/ml；所述的过氧 化氢液体与亚铁盐的水溶液的体积比为：3～5，其中过氧化氢液体的浓度为30％， 亚铁盐的水溶液浓度为0.5M。
6.根据权利要求2或3所述的多壁碳纳米管的剪切方法，其特征是，步骤(1) 中，所述保持温度反应，反应时间为4小时。
7.根据权利要求2所述的多壁碳纳米管的剪切方法，其特征是，步骤(2) 中，所述加热升温至400～500℃，其升温速率为5～10℃/分钟，在该温度下保 温时间为2～3小时；所述升温至800～900℃，其升温速率为5～10℃/分钟，在 该温度下保温时间为2～3小时。
8.根据权利要求2或7所述的多壁碳纳米管的剪切方法，其特征是，步骤(2) 中，所述在稀硝酸中回流处理，是指：在稀硝酸中超声分散，并在100～120℃ 的温度下回流反应2～3小时。
9.根据权利要求2或7所述的多壁碳纳米管的剪切方法，其特征是，步骤(2) 中，所述冷却，是指：在惰性气氛下冷却至室温，惰性气体为氩气或氮气。
10.根据权利要求2或7所述的多壁碳纳米管的剪切方法，其特征是，步骤 (2)中，所述的过滤，采用F型聚偏氟乙烯有机微孔滤膜，其滤孔直径为0.45μ m；所述干燥，是指：在80～100℃干燥2～6小时。
技术领域
本发明涉及的是一种纳米技术领域的方法，特别是一种多壁碳纳米管的剪切 方法。
背景技术
经对现有技术的文献检索发现，Z.Gu等在《NANO LETT.》(纳米通讯)，9(2002) 1009-1013上发表的“Cutting Single-Wall Carbon Nanotubes through Fluorination(氟化作用剪切单壁碳纳米管)”，该文中提出氟化处理剪切碳纳米 管的方法，具体方法为：首先将碳纳米管在含氟气氛中氟化，然后在氩气气氛中 热理或在浓酸中氧化，使氟化过程中形成的碳氟键断裂以达到剪切碳纳米管的目 的。其不足在于：这些化学过程应用到浓酸及氟气都是具有腐蚀性的，操作危险 而且处理过程耗时，一般需要几小时甚至几十小时。
发明内容
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用湿化学的方法在碳纳米管表 面沉积氧化铁颗粒，再利用碳还原氧化铁的反应，对碳纳米管进行化学剪切。
本发明包括如下步骤：
(1)氧化铁前驱体在碳纳米管表面的沉积：将多壁碳纳米管超声分散到亚铁 盐的水溶液中，在80℃水浴条件下强烈搅拌并滴加过氧化氢液体，保持温度反 应后过滤、干燥，得到管壁附着氧化铁前驱体的碳纳米管粉末；
所述的亚铁盐的水溶液浓度为0.5M，亚铁盐可选自七水硫酸亚铁或氯化亚 铁；
所述的过滤，采用F型聚偏氟乙烯有机微孔滤膜，其滤孔直径为0.45μm；
所述的多壁碳纳米管与亚铁盐的水溶液的比例为：0.01～0.02g/ml；
所述的过氧化氢液体与亚铁盐的水溶液的比例为：3～5(vol/vol)；
所述保持温度反应，反应时间为4小时；
所述过氧化氢液体，其浓度为30％；
所述干燥，是指：在100～120℃干燥2～4小时。
(2)多壁碳纳米管的剪切：将步骤(1)得到的附着氧化铁前驱体的碳纳米管在 石英管中惰性气体保护下加热升温至400～500℃，在该温度下保温使前驱体转 化为氧化铁，之后再次升温至800～900℃发生还原反应，并在该温度下保温， 冷却后所得粉末在稀硝酸溶液中回流处理，以除去金属铁及剩余氧化铁，待温度 降至室温时，用去离子水稀释，经过滤、洗涤、干燥后得到剪切后的碳纳米管。
所述加热升温至400～500℃，其升温速率为5～10℃/分钟，在该温度下保 温时间为2～3小时；
所述升温至800～900℃，其升温速率为5～10℃/分钟，在该温度下保温时 间为2～3小时；
所述冷却，是指：在惰性气氛下冷却至室温，惰性气体为氩气或氮气。
所述在稀硝酸溶液中回流处理，是指：在稀硝酸溶液中超声分散，并在100～ 120℃的温度下回流反应2～3小时；
所述的氧化铁，是指在400～500℃热处理之后得到的，其占总混合物的质 量百分含量为：50～80％；
所述稀硝酸溶液，是指68％浓硝酸溶液与去离子水的比例为：3～1(vol/vol)；
所述用去离子水稀释，是指稀释至pH值为6～7；
所述所得粉末在稀硝酸溶液中回流处理，碳纳米管粉末与稀硝酸溶液的比例 为：0.01～0.02g/ml。
所述的过滤，采用F型聚偏氟乙烯有机微孔滤膜，其滤孔直径为0.45μm；
所述干燥，是指：在80～100℃干燥2～6小时。
本发明的基本原理是这样的：Fe2+—H2O2体系具有双重功能，羟基自由基的强 氧化作用和三价铁的混凝作用。在高浓度的双氧水与铁离子条件下，二价铁离子 被迅速氧化成三价铁离子并释放出氧化能力很强的羟基自由基，进行碳纳米管表 面的部分氧化改性；同时生成的三价铁离子与水有很强的水解—聚合—沉淀趋 势，在碳纳米管管壁上形成氧化铁前驱体。该前驱体在低温热处理时转变成氧化 铁颗粒，在接下来的高温热处理过程中，碳纳米管壁上附着有氧化铁颗粒处的碳 原子与其发生反应，使碳被消耗从而使碳纳米管被截断，还原生成的铁颗粒经稀 酸反应去除。
本发明提供的多壁碳纳米管的剪切方法的特点是：利用了碳在高温下还原氧 化铁的反应截断碳纳米管，整个过程碳纳米管的损失量小，得到的碳纳米管两端 开口并且均匀分散，长度在200～500nm之间。这一尺度的碳纳米管具有十分重 要的科学意义，因为其具有高分散，小尺度，管腔可用的优点，将在电子器件、 场发射扫描装置和复合材料等领域得到广泛应用。
附图说明
图1为多壁碳纳米管(长度1～5μm)的透射电镜照片。
图2(a)，(b)为经过本发明剪切的短碳纳米管(长度200～500nm)的透射电 镜照片。
具体实施方式
实施例1
将如图1所示的长度1～5μm的碳纳米管2克超声分散在0.5M的硫酸亚铁 溶液100mL中，然后在80℃水浴中回流处理，同时向反应器中滴加30％双氧水 300mL，反应4小时结束，待冷却至室温时，用有机型微孔滤膜过滤并用去离子 水洗涤，于100℃干燥4小时，得到附着有氧化铁前驱体的碳纳米管。
将上述得到的碳纳米管均匀平铺到石英舟并置于石英管中进行热处理，通入 氮气保护，以10℃/分钟的速率升温至450℃，在此温度下保持2小时，得到的 氧化铁的质量百分含量为50％。再以同样的速率升温至850℃，并保温2小时。
热处理后的碳纳米管再分散在HNO3:H2O为1:1(vol/vol)的稀硝酸溶液中， 120℃回流处理3小时去除金属铁和剩余的氧化铁，冷却后用去离子水稀释至pH 值为6，过滤、洗涤并于100℃干燥6小时，得到最终剪切过的短碳纳米管。如 图2所示，为本实施例最终得到的碳纳米管的透射电镜照片，碳纳米管呈分散状， 长度在200～500nm，并且两端开口。
实施例2
将碳纳米管0.4克超声分散在0.5M的氯化亚铁溶液33mL中，然后在80℃ 水浴中回流处理，同时向反应器中滴加30％双氧水132mL，反应4小时结束，冷 却后同实施例1过滤、洗涤，于120℃干燥3小时。将上述得到的碳纳米管均匀 平铺到石英舟并置于石英管中热处理，通入氩气保护，以10℃/分钟的速率升温 至400℃，在此温度下保持3小时，得到的氧化铁的质量百分含量为70％。再以 同样的速率升温至800℃，并保温3小时。冷却至室温，再将碳纳米管分散在 HNO3:H2O为2:1(vol/vol)的稀硝酸溶液中，100℃回流处理2小时去除金属铁和 剩余的氧化铁，冷却后用去离子水稀释至pH值为6，过滤、洗涤并于80℃干燥 6小时，得到最终剪切过的短碳纳米管。所得短碳纳米管透射电镜图像与实施例 1相似，碳纳米管长度在200～500nm，两端开口，呈分散状。
实施例3
将碳纳米管1克超声分散在0.5M的硫酸亚铁溶液100mL中，80℃水浴处理 过程中向反应器中滴加30％双氧水400mL，反应4小时结束后同实施例1进行过 滤、洗涤，于120℃干燥4小时。将上述得到的碳纳米管均匀平铺到石英舟并置 于石英管中热处理，通入氩气保护，以5℃/分钟的速率升温至500℃，在此温度 下保持2小时，得到的氧化铁的质量百分含量为80％。再以同样的速率升温至900 ℃，并保温2小时。冷却至室温，再将碳纳米管分散在HNO3:H2O为2:1(vol/vol) 的稀硝酸溶液中，100℃回流处理3小时去除金属铁和剩余的氧化铁，冷却后用 去离子水稀释至pH值为7，过滤、洗涤并于100℃干燥4小时，得到最终剪切过 的短碳纳米管。所得短碳纳米管透射电镜图像与实施例1相似，碳纳米管长度在 200～500nm，两端开口，呈分散状。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种分散多壁碳纳米管的方法 | 2020-05-11 | 123 |
| 一种多壁碳纳米管的修饰方法 | 2020-05-11 | 83 |
| 聚合物涂覆的多壁碳纳米管 | 2020-05-11 | 10 |
| 一种多壁碳纳米管的表面修饰方法 | 2020-05-12 | 468 |
| 多壁碳纳米管的剪切方法 | 2020-05-12 | 859 |
| 氮掺杂多壁碳纳米管及其制备方法 | 2020-05-12 | 695 |
| 多壁碳纳米管表面镀覆镍层的方法 | 2020-05-13 | 273 |
| 氧化多壁碳纳米管的方法 | 2020-05-13 | 870 |
| 一种磷掺杂多壁碳纳米管的制备方法 | 2020-05-12 | 586 |
| 一种磷掺杂多壁碳纳米管的制备方法 | 2020-05-13 | 925 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
