一种最具金属特性的碳纳米管（8，8)的制备方法
技术领域
[0001] 本
发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种最具金属特征的
碳纳米管（8,8)的 制备方法。
背景技术
[0002] 过去十多年，人们致
力于金属特性碳纳米管m-SWNTs和
半导体特性碳纳米管 s-SWNTs的筛选分离工作，并取得长足进展。
密度梯度超速离心工艺（density gradient ultracentrifugation，D⑶）能够使胶体状悬浮液中富含某个密度SWNTs/
表面活性剂胶 束。SWNTs/表面活性剂胶束的密度与SWNTs的直径、
电子类型以及所用的表明活性剂种类 有关，这些因素将影响离心过程中胶束的
沉降速度与扩散系数。通过密度梯度超速离心工 艺可以实现对不同直径和不同电子特性SWNTs (m-SWNTs and s-SWNTs)的分离。D⑶方法存 在的局限性是分离效率不高，往往需要多次重复分离过程，才能得到较高的纯度。有机小分 子（如烧基胺、四轻
酮醇等）、共轭高分子（如poly (9, 9-dioctylfluorenyl-2, 7-diyl (P0 F)，PmPV等）以及DNA对m-SWNTs与S-SWNTs具有不同的亲合力，通过非共价化学的方法可 以对m-SWNTs与s-SWNTs进行有效筛选分离，同时保证SWNTs本征电子结构不受破坏。但 是这些方法只能分离得到semi-metallic SWNTs。到目前为止，还没有见到对armchair型 m-SWNTs的筛选分离的报导。因此，如何分离得到高纯度的armchair型m-SWNTs,成为CNTs 领域的关键课题。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种最具金属特征的碳纳米管（8,8)的制备方法，能够分离 得到高纯度的具金属特征的碳纳米管（8,8)。
[0004] 本发明所采用的技术方案是，一种最具金属特征的碳纳米管（8,8)的制备方法， 具体步骤为：
[0005] 步骤1，将
单壁碳纳米管采用
超声波细胞
破碎机进行超声分散，然后在超速离心机 上进行超速离心，取上层液备用；
[0006] 步骤2,向十二烷基
硫酸钠-胆酸钠的
水溶液中分别加入4种不同浓度的碘克沙醇 得到4层密度梯度溶液，置于离心管中，然后加入步骤1得到的上层液，静置后进行超速离 心处理，碳纳米管从上到下分成不同深浅的条带，其中第二层即为富含金属特性的碳纳米 管；
[0007] 步骤3,将步骤2得到的富含金属特性的碳纳米管加入到四氢呋喃的聚苯醚-聚对 苯撑乙炔溶液中，超声3〜6h制成混悬液，然后离心6〜12h，弃去上清液，将沉淀再次加入 到四氢呋喃的聚苯醚-聚对苯撑乙炔溶液中，重复上述步骤，经过5〜10次超声-离心过 程，即得到最具金属特征的碳纳米管（8,8)。
[0008] 本发明的特点还在于，
[0009] 步骤1中
超声波细胞
破碎机的功率为100〜600W，超声分散时间0. 5〜3h。
[0010] 步骤1中超速离心机的转速为30krpm,超速离心时间4〜8h。
[0011] 步骤2中十二烷基硫酸钠-胆酸钠的水溶液中十二烷基硫酸钠与胆酸钠总量的浓 度为1〜5%，其中十二烷基硫酸钠（SDS)和胆酸钠（SC)的
质量比范围为1 :5〜5 :1。
[0012] 步骤2中碘克沙醇的4种浓度分别为16〜18%，12〜14%，7〜9%和1〜3%。
[0013] 步骤2中静置的时间为2〜6h，超速离心的转速为41krpm，时间为8〜24h。
[0014] 步骤3中四氢呋喃的聚苯醚-聚对苯撑乙炔溶液中四氢呋喃的浓度为0. 1〜 1. Omg/ml 〇
[0015] 本发明的有益效果是，本发明最具金属特征的碳纳米管（8,8)的制备方法，通过 采用超声分散、超速离心、萃取等方法，将最具金属特征的碳纳米管（8,8)从单壁碳纳米管 中分离出里，对于全面深入研究SWNTs的光学和电学性能具有重要的
基础性意义，为探索 碳纳米管在电子和
生物领域领域内和的应用研究奠定坚实的理论基础。
附图说明
[0016] 图1是聚苯醚-聚对苯撑乙炔（PPE-PPV)缠绕在金属碳纳米管表面的分子模拟示 意图；
[0017] 图2是PPE-PPV/SWNTs聚焦拉曼
光谱图；
[0018] 图3是在NIR激光照射下，三种碳纳米管的升温作用与浓度的关系曲线。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0020] 本发明最具金属特征的碳纳米管（8,8)的制备方法，具体步骤为：
[0021] 步骤1，将单壁碳纳米管采用超声波细胞破碎机（功率为100〜600W)进行超声分 散0. 5〜3h，然后在超速离心机上进行超速离心，转速为30krpm，时间4〜8h，取上层液备 用；
[0022] 步骤2,向浓度为1〜5%的十二烷基硫酸钠-胆酸钠的水溶液（十二烷基硫酸钠 (SDS)和胆酸钠（SC)的质量比范围为1 :5〜5 :1)中分别加入4种不同浓度的碘克沙醇（4 种浓度分别为16〜18%，12〜14%，7〜9%和1〜3% )得到4层密度梯度溶液，置于离 心管中，然后加入步骤1得到的上层液，静置2〜6h后进行超速离心处理，转速为41krpm， 时间为8〜24h，碳纳米管从上到下分成不同深浅的条带，其中第二层即为富含金属特性的 碳纳米管；
[0023] 步骤3,将步骤2得到的富含金属特性的碳纳米管加入到浓度为0. 1〜1. Omg/ml 的四氢呋喃的聚苯醚-聚对苯撑乙炔溶液中，超声3〜6h制成混悬液，然后离心6〜12h， 弃去上清液，将沉淀再次加入到四氢呋喃的聚苯醚-聚对苯撑乙炔溶液中，重复上述步骤， 经过5〜10次超声-离心过程，即得到最具金属特征的碳纳米管（8,8)。
[0024] 聚苯醚-聚对苯撑乙炔（PPE-PPV)的分子结构为：
[0025]
[0026] 聚苯醚-聚对苯撑乙炔（PPE-PPV)是具有交替共轭结构的共聚物，具有螺旋形构 象，微腔直径为1.6nm，特征
螺距为2. 5nm。研究表明，PPE-PPV对碳纳米管（8,8)具有显著 的量子增强π-π电子相互作用，如图1所示，可以包绕其表面，从而实现对碳纳米管（8,8) 的筛选分离。
[0027] 如图2所示，
显微镜（Χ80)聚焦的拉曼光谱表明（聚焦光斑直径约为3μπι)，将 SWNTs加入到PPE-PPV溶液中进行多次超声-离心处理，在光斑聚焦区域碳纳米管（8,8)含 量可达80%以上。
[0029] 步骤1，将单壁碳纳米管采用超声波细胞破碎机（功率为300W)进行超声分散2h， 然后在超速离心机上进行超速离心，转速为30krpm，时间5h，取上层液备用；
[0030] 步骤2,向浓度为3%的十二烷基硫酸钠-胆酸钠的水溶液（十二烷基硫酸钠 (SDS)和胆酸钠（SC)的质量比范围为1 :1)中分别加入4种不同浓度的碘克沙醇（4种浓度 分别为18%，14%，9%和3% )得到4层密度梯度溶液，置于离心管中，然后加入步骤1得 到的上层液，静置4h后进行超速离心处理，转速为41krpm，时间为18h，碳纳米管从上到下 分成不同深浅的条带，其中第二层即为富含金属特性的碳纳米管；
[0031] 步骤3,将步骤2得到的富含金属特性的碳纳米管加入到浓度为0. 5mg/ml的四氢 呋喃的聚苯醚-聚对苯撑乙炔溶液中，超声4h制成混悬液，然后离心8h，弃去上清液，将沉 淀再次加入到四氢呋喃的聚苯醚-聚对苯撑乙炔溶液中，重复上述步骤，经过8次超声-离 心过程，即得到最具金属特征的碳纳米管（8,8)。
[0032] 实施例2
[0033] 步骤1，将单壁碳纳米管采用超声波细胞破碎机（功率为100W)进行超声分散3h， 然后在超速离心机上进行超速离心，转速为30krpm，时间8h，取上层液备用；
[0034] 步骤2,向浓度为5 %的十二烷基硫酸钠-胆酸钠的水溶液（十二烷基硫酸钠 (SDS)和胆酸钠（SC)的质量比范围为1 :5)中分别加入4种不同浓度的碘克沙醇（4种浓 度分别为16 8 %和1% )得到4层密度梯度溶液，置于离心管中，然后加入步骤1 得到的上层液，静置6h后进行超速离心处理，转速为41krpm，时间为24h，碳纳米管从上到 下分成不同深浅的条带，其中第二层即为富含金属特性的碳纳米管；
[0035] 步骤3,将步骤2得到的富含金属特性的碳纳米管加入到浓度为0. lmg/ml的四氢 呋喃的聚苯醚-聚对苯撑乙炔溶液中，超声3h制成混悬液，然后离心6h，弃去上清液，将沉 淀再次加入到四氢呋喃的聚苯醚-聚对苯撑乙炔溶液中，重复上述步骤，经过5次超声-离 心过程，即得到最具金属特征的碳纳米管（8,8)。
[0036] 实施例3
[0037] 步骤1，将单壁碳纳米管采用超声波细胞破碎机（功率为500W)进行超声分散lh， 然后在超速离心机上进行超速离心，转速为30krpm，时间4h，取上层液备用；
[0038] 步骤2,向浓度为1 %的十二烷基硫酸钠-胆酸钠的水溶液（十二烷基硫酸钠 (SDS)和胆酸钠（SC)的质量比范围为5 :1)中分别加入4种不同浓度的碘克沙醇（4种浓度 分别为17%，12%，7%和2% )得到4层密度梯度溶液，置于离心管中，然后加入步骤1得 到的上层液，静置2h后进行超速离心处理，转速为41krpm，时间为12h，碳纳米管从上到下 分成不同深浅的条带，其中第二层即为富含金属特性的碳纳米管；
[0039] 步骤3,将步骤2得到的富含金属特性的碳纳米管加入到浓度为0. 8mg/ml的四氢 呋喃的聚苯醚-聚对苯撑乙炔溶液中，超声5h制成混悬液，然后离心12h，弃去上清液，将沉 淀再次加入到四氢呋喃的聚苯醚-聚对苯撑乙炔溶液中，重复上述步骤，经过7次超声-离 心过程，即得到最具金属特征的碳纳米管（8,8)。
[0040] 实施例4
[0041] 步骤1，将单壁碳纳米管采用超声波细胞破碎机（功率为600W)进行超声分散 〇. 5h，然后在超速离心机上进行超速离心，转速为30krpm，时间6h，取上层液备用；
[0042] 步骤2,向浓度为2 %的十二烷基硫酸钠-胆酸钠的水溶液（十二烷基硫酸钠 (SDS)和胆酸钠（SC)的质量比范围为3 :2)中分别加入4种不同浓度的碘克沙醇（4种浓度 分别为18 %，13 %，7 %和2 % )得到4层密度梯度溶液，置于离心管中，然后加入步骤1得 到的上层液，静置5h后进行超速离心处理，转速为41krpm，时间为8h，碳纳米管从上到下分 成不同深浅的条带，其中第二层即为富含金属特性的碳纳米管；
[0043] 步骤3,将步骤2得到的富含金属特性的碳纳米管加入到浓度为1. Omg/ml的四 氢呋喃的聚苯醚-聚对苯撑乙炔溶液中，超声6h制成混悬液，然后离心10h，弃去上清液， 将沉淀再次加入到四氢呋喃的聚苯醚-聚对苯撑乙炔溶液中，重复上述步骤，经过10次超 声-离心过程，即得到最具金属特征的碳纳米管（8,8)。
[0044] 考察半导体特性碳纳米管8-51阶'8，金属特性碳纳米管111-51阶'8，和45%纯度的碳 纳米管（8, 8)的光热效率，将三种碳纳米管分别配制成0-2000 μ g/ml的溶液，用3W/cm2的 NIR激光照射30s，观察三种碳纳米管的升温效率。如图3所示，45%纯度的碳纳米管（8, 8) 的光热效率不仅明显高于s-SWNTs也高于m-SWNTs。
