CN101318658B - 以多壁碳纳米管为模板制备二氧化硅纳米管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以多壁碳纳米管为模版制备二氧化硅碳纳米管的方法。该方法的具体步骤为：将经混酸处理过的多壁碳纳米管，超声分散在浓度为0.03M、pH为3的柠檬酸溶液和无水乙醇中，并超声分散均匀形成分散液；将氨丙基三乙氧基硅烷APTS和正硅酸乙酯TEOS按1∶9的体积比混合，形成混合液，将该混合液与步骤1所得分散液混合，室温搅拌2小时，中间每隔30分钟超声1分钟；其中多壁碳纳米管与混合液的质量比为1∶5～1∶10；调节步骤2所得溶液的pH＝8.5-9.5，室温搅拌24小时，在前10个小时内每隔2小时超声1分钟；反应结束后，离心弃上清，用无水乙醇洗涤，干燥后在800℃温度下煅烧3小时，即得二氧化硅纳米管。本发明制备的二氧化硅纳米管成管率高，形状完整，管壁平滑，无明显缺陷，并可控制管壁厚度。

Description

以多壁碳纳米管为模板制备二氧化硅纳米管的方法
技术领域
本发明涉及一种以多壁碳纳米管为模版制备二氧化硅碳纳米管的方法，属纳米无机化合物制造工艺技术领域。
背景技术
纳米材料是指微粒粒径为纳米级(1～100nm)的超细材料，因其本身具有量子尺寸效应和宏观量子隧道效应而展现许多特有的性质，应用前景广阔。近年来，无机纳米管材料逐渐成为研究的热点，其中二氧化硅纳米管是一种热导高、热膨胀系数低、有良好电绝缘性的非金属材料，且具有良好的生物相容性和生物可降解性，成为常用的复合材料填料，并且在生物医学，光电子器件、催化以及微反应器等领域有广阔的应用前景。在复合材料的制备过程中，无机填料的形貌在很大程度上影响着复合材料的各项性能，例如付绍云等初步探讨了二氧化硅纳米管对聚合物基体的力学和电学性能的影响，显示了二氧化硅纳米管在复合材料方面的应用前景。随着材料制备技术和形成机理研究的日趋成熟，对二氧化硅潜在应用同样重要的形貌控制逐渐成为材料领域的研究热点之一，最近已成功合成了球状、棒状和纤维状等特定形貌的二氧化硅，而关于二氧化硅纳米管的研究报道相对较少。Kleitz等以TEOS/TBOS为原料，用CTAc/CTAB为模板剂制备出螺旋状二氧化硅纳米管；Wang等以TEOS为原料，以柠檬酸铵为模板剂制备了二氧化硅纳米管，然而，上述各种方法制备的产物大部分为颗粒，二氧化硅纳米管的产率较低，且有着诸如长径比较小、尺寸不均等缺点，从而大大限制了其在改性复合材料方面的应用。因此，成功制得高产率、大长径比、尺寸均匀的二氧化硅纳米管，并对其形成机理进行深入的探讨，对于纳米管增强复合材料的制备和各项性能研究等具有重要的学术研究和工程应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种以多壁碳纳米管为模版制备二氧化硅纳米管的方法。
一种以多壁碳纳米管为模版制备二氧化硅纳米管的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
1.将经混酸处理过的多壁碳纳米管，超声分散在浓度为0.03M、pH为3的柠檬酸溶液和无水乙醇中，并超声分散均匀形成分散液；
2.将氨丙基三乙氧基硅烷APTS和正硅酸乙酯TEOS按1∶9的体积比混合，形成混合液，将该混合液与步骤1所得分散液混合，室温搅拌2小时，中间每隔30分钟超声1分钟；其中多壁碳纳米管与混合液的质量比为1∶5～1∶10；
3.调节步骤2所得溶液的pH＝8.5-9.5，室温搅拌24小时，在前10个小时内每隔2小时超声1分钟；
4.反应结束后，离心弃上清，用无水乙醇洗涤，干燥后在800℃温度下煅烧3小时，即得二氧化硅纳米管。
本发明通过使用多壁碳纳米管为模版制备二氧化硅纳米管步骤简单，操作简便，反应后经过煅烧就能得到管壁光滑的二氧化硅纳米管。
本发明的制备过程中，首先将多壁碳纳米管MWNTs溶解于柠檬酸和乙醇溶液中，超声有利于MWNTs的分散，为后续工作奠定良好的基础。APTS(氨丙基三乙氧基硅烷)的加入是技术的关键，APTS容易和碳纳米管(CNTs)相互作用，并结合到CNTs表面，形成晶种，调节pH值加速了TEOS(tetraethyl orthosilicate，正硅酸乙酯)的水解速度，水解单体Si-OH基之间，以及Si-OH基与Si-OR基发生脱水或脱醇聚合反应，形成Si-O-Si链，通过APTS在MWNTs上形成的晶种包覆在MWNTs上，经过高温煅烧，即得到二氧化硅纳米管。制备的二氧化硅纳米管成管率高，形状完整，管壁平滑，无明显缺陷，并可控制管壁厚度。
附图说明
图1为本发明制备的二氧化硅纳米管的电镜图。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述如下：
1.取20mg MWNTs溶解于20mL的PH＝3的柠檬酸缓冲溶液中，超声分散5min，加入200mL无水乙醇，超声5min。
2.向混合液中加入30uL的APTS和300uL TEOS，室温搅拌2hr，中间每隔30min超声1min。
3.用氨水调节溶液的PH＝8.5-9.5，室温搅拌24hr，在反应前10hr每隔3hr超声1min。
4.反应结束后，离心弃上清，用无水乙醇洗涤3次，沉淀干燥后在800度条件下煅烧3hr，即得到SiO2纳米管
上述实施例中所制得的样品，用经过XRD、紫外可见吸收光谱和透射电镜等仪器分析，确认产品是二氧化硅纳米管。参见图1，可观察到制备的二氧化硅纳米管成管率高，形态完整，管壁光滑，无其他异性杂物和明显缺陷。

Claims (1)

1.一种以多壁碳纳米管为模板制备二氧化硅纳米管的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
a.将经混酸处理过的多壁碳纳米管，超声分散在浓度为0.03M、pH为3的柠檬酸溶液和无水乙醇中，并超声分散均匀形成分散液；
b.将氨丙基三乙氧基硅烷APTS和正硅酸乙酯TEOS按1∶9的体积比混合，形成混合液，将该混合液与步骤a所得分散液混合，室温搅拌2小时，中间每隔30分钟超声1分钟；其中多壁碳纳米管与混合液的质量比为1∶5～1∶10；
c.调节步骤b所得溶液的pH＝8.5-9.5，室温搅拌24小时，在前10个小时内每隔2小时超声1分钟；
d.反应结束后，离心弃上清，用无水乙醇洗涤，干燥后在800℃温度下煅烧3小时，即得二氧化硅纳米管。
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