CN112479183B - 一种碳纳米管环及其制备方法 - Google Patents
一种碳纳米管环及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112479183B CN112479183B CN202011449626.2A CN202011449626A CN112479183B CN 112479183 B CN112479183 B CN 112479183B CN 202011449626 A CN202011449626 A CN 202011449626A CN 112479183 B CN112479183 B CN 112479183B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- lithium nitride
- carbon
- ring
- nano tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 158
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 13
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 70
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 69
- IDBFBDSKYCUNPW-UHFFFAOYSA-N lithium nitride Chemical compound [Li]N([Li])[Li] IDBFBDSKYCUNPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 60
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 239000002238 carbon nanotube film Substances 0.000 claims description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 16
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 13
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 5
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 20
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007363 ring formation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000010408 film Substances 0.000 description 21
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000000047 product Substances 0.000 description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 11
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 3
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWBWGPRZOYDADH-UHFFFAOYSA-N [C].[Na] Chemical compound [C].[Na] GWBWGPRZOYDADH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000006210 lotion Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 239000002063 nanoring Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000002841 Lewis acid Substances 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 150000007517 lewis acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 239000006250 one-dimensional material Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/168—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/02—Single-walled nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/06—Multi-walled nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
- C01B2202/30—Purity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
- C01B2202/34—Length
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供了一种碳纳米管环的制备方法，包括：将碳纳米管和氮化锂接触反应，得到碳纳米管环。本发明采用氮化锂辅助碳纳米管成环，在碳纳米管与氮化锂的接触面上，有效实现一维碳管由线状向环状转变，本发明可以有效制备管径小于300nm碳纳米环，具备产率高，管径分布均匀的特点。本发明还提供了一种碳纳米管环。
Description
技术领域
本发明属于碳纳米管技术领域，尤其涉及一种碳纳米管环及其制备方法。
背景技术
碳纳米管(CNTs)是一种具有广泛应用前景的碳纳米材料，它是一种具备一维线性管状结构的碳纳米材料，由于重量轻，完美的六边形连接结构，具有异常高的力学、电学和化学性能。
碳纳米管环(CNT Ring或CNT circle)是纳米管的一种特殊结构，该结构最早由Jie Liu等人在激光制备碳纳米管时偶然发现。随后出现了一些其他的制备方法，MasahitoSano等人发明了利用DCC分子与碳管两端官能团的闭环反应制备碳管环的化学方法；LiSong等人采用流动CVD方法在1100℃下成功得到了纳米管环；近几年，Thaar M.D.Alharbi等人开发了一种涡流装置，通过控制装置的倾斜角度与转速可以获得环径分布均匀，环外径在300nm左右的碳纳米管环，产率可达70％。
碳纳米环的诸多物理性质如量子效应等电学特性与环的直径存在一定的依赖关系。当直径小于300nm时，微观尺度下一维纳米管环的量子效应及电子输运特性更加明显；但目前报道的大多数合成方法中制备得到的碳纳米管环的直径在500nm以上，存在产率低，设备要求高，耗能高等问题，因此，探究合成小直径、高产率的碳管环的新方法十分有必要，合适环径的碳纳米管环有望在纳米线圈等微观物理特性研究领域发挥重要的作用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳纳米管环及其制备方法，本发明采用氮化锂辅助碳纳米管成环的方法，该方法首次利用氮化锂辅助碳纳米管成环，在碳纳米管与氮化锂的接触面上，有效实现一维碳管由线状向环状转变，本发明可以有效制备管径小于300nm碳纳米环，具备产率高，管径分布均匀的特点。
本发明提供了一种碳纳米管环的制备方法，包括：
将碳纳米管和氮化锂接触反应，得到碳钠米管环。
优选的，所述碳纳米管和氮化锂接触的方法包括：
将碳纳米管和氮化锂直接进行固态混合；或
将碳纳米管和氮化锂球磨混合；或
将碳纳米管和氮化锂分散在同一分散剂中共混；或
将氮化锂直接放置在碳纳米管薄膜表面；或
将氮化锂溶液分散在碳纳米管薄膜表面。
优选的，所述反应的温度为200～700℃。
优选的，所述碳纳米管环的制备方法具体包括：
将氮化锂溶液分散到碳钠米管薄膜表面后加热，得到碳纳米管环。
优选的，所述碳纳米管薄膜的制备方法包括：
将碳钠米管分散液进行离心分离，得到上层溶液和下层沉淀；
将所述上层溶液制备成膜后进行退火处理，得到碳纳米管薄膜。
优选的，所述碳纳米管分散液中碳纳米管的质量浓度为2～25％。
优选的，所述退火处理的温度为900～1200℃。
优选的，所述氮化锂溶液中的溶剂为烷烃。
优选的，所述加热的温度为200～700℃。
本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的碳纳米管环。
本发明提供了一种全新的化学方法制备碳纳米管环，利用一种未报道过的氮化锂与碳纳米管的反应，快速将接触表面的碳纳米管转变成碳纳米管环；本发明提供的方法工艺操作简单；接触面上的碳纳米管环面转化率高，环径均匀性好，存在大量外径小于200nm以下的碳纳米管环；碳纳米管环径主要分布在120nm左右，该环径的碳管环对于基础物理、纳米线圈等领域具有潜在的研究价值。本发明利用一种新的反应，提供一种新的制备碳纳米管环的方法，首次利用氮化锂与碳管的之间的相互作用，实现了碳管由线状向环状的转变，在碳管与氮化锂的接触面上，具有产率高，所需反应温度低，管径分布均匀的特点。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的碳纳米管环的低倍下SEM图；
图2为本发明实施例1制备的碳纳米管环的SEM表面形貌图；
图3为本发明实施例1制备的碳纳米管环的环径分布直方图；
图4为本发明实施例1制备的碳纳米管环的透射电镜图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。
本发明提供了一种碳纳米管环的制备方法，包括：
将碳纳米管和氮化锂接触反应，得到碳钠米管环。
在本发明中，所述碳纳米管与氮化锂的接触方式包括但不限于碳纳米管与氮化锂直接固态混合，碳纳米管与氮化锂球磨混合，氮化锂与碳纳米管在同一分散剂中共混，氮化锂直接放置在碳纳米管膜表面，氮化锂溶液分散在碳纳米管薄膜表面等。本发明实施例展示的仅是最易于操作，最易于观察的一种实施方案，其他类似的方案也都应涵盖在本发明的保护范围之内。
在本发明中，所述反应的温度优选为200～700℃，更优选为300～600℃，最优选为400～500℃。
在本发明中，所述碳纳米管环的制备方法优选包括：
将氮化锂溶液分散到碳纳米管薄膜表面后加热，得到碳纳米管环。
在本发明中，所述碳纳米管薄膜的制备方法优选包括：
将碳钠米管分散液进行离心分离，得到上层溶液和下层沉淀；
将所述上层溶液制备成膜后进行退火处理，得到碳纳米管薄膜。
在本发明中，所述碳纳米管分散液的制备方法优选包括：
将碳纳米管粉和分散剂混合后超声，得到碳纳米管分散液。
在本发明中，所述碳纳米管(粉)优选为单壁碳纳米管，纯度优选为85％以上，更优选为85～99％，更优选为95～99％；长度优选为5～30微米，更优选为10～25微米，最优选为15～20微米；外管径优选<2nm，更优选为1～10nm，最优选为3～6nm；堆密度优选为0.14g/cm3。
在本发明中，所述碳纳米管(粉)也可采用合适长度与管径的多壁碳管，或是相应长度、直径的碳纤维等一维材料。
本发明对所述分散剂的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的分散碳纳米管分散剂即可，可有市场购买获得。在本发明中，所述分散剂中优选含有芳香基团的非离子表面活性剂，活性物质含量优选为100％，本发明优选得到较细的碳纳米管簇的分散液，使后续反应更易获得碳纳米管环。
在本发明中，所述碳纳米管粉和分散剂混合后超声的超声功率优选为200～600W，更优选为300～500W，最优选为350～450W；超声频率优选在50KHZ以上，更优选为50K～130KHZ，最优选为80～100KHZ；超声时间优选在120分钟以上，更优选为2～24小时，更优选为5～20小时，最优选为10～15小时。
在本发明中，所述碳纳米管分散液中碳纳米管的质量含量优选为2～25％，更优选为5～20％，最优选为10～15％。
在本发明中，所述离心分离优选为将所述碳纳米管分散液进行离心沉降处理，所述离心分离过程中的转速优选为1000～3000转/分，更优选为1500～2500转/分，最优选为2000转/分；所述离心分离的时间优选为25～35min，更优选为30min。
在本发明中，所述制备成膜的方法优选为抽滤成膜，所述抽滤成膜的方法优选包括：
将所述上层溶液倒入抽滤漏斗中，抽滤24小时以上成膜，阴干后将薄膜从滤纸上揭下。
在本发明中，所述抽滤的时间优选为24～72小时，更优选为30～70小时，更优选为40～60小时，最优选为50小时。
在本发明中，所述退火优选在保护性气体的保护下进行，所述保护性气体优选为惰性气体和/或氩气；所述保护性气体的流量优选在100sccm以上，更优选为100～500sccm，更优选为200～400sccm，最优选为250～350sccm；所述退火优选在管式炉中进行，所述退火的温度优选为900～1200℃，更优选为1000～1100℃，最优选为1050℃；所述退火的时间优选为6小时以上，更优选为6～24小时，更优选为10～20小时，最优选为15小时。
在本发明中，所述退火能够去除分散液中残余的表面活性剂，并去除碳纳米管上的官能团。
在本发明中，所述碳纳米管薄膜厚度可由碳纳米管分散液的体积控制，所述碳纳米管薄膜的厚度优选为5～200微米，更优选为10～150微米，更优选为50～100微米，最优选为60～80微米。
在本发明中，所述氮化锂溶液中的溶剂优选为烷烃，更优选为正己烷和/或环己烷。
在本发明中，所述氮化锂溶液的制备方法优选包括：
将氮化锂和溶剂混合后超声。
在本发明中，优选在手套箱中将氮化锂充分研磨后和溶剂混合后超声。在本发明中，所述氮化锂和溶剂的用量比例优选为(0～2)mg：1mL，更优选为(0.5～1.5)mg：1mL，最优选为1mg:1mL。在本发明中，所述溶剂与上述技术方案所述溶剂一致，在此不再赘述。
在本发明中，优选氮化锂溶液中不含游离氢的路易斯酸性液体物质如水、乙醇等，否则会发生剧烈燃烧，本发明优选使用正己烷、环己烷等溶剂。
在本发明中，所述氮化锂和溶剂混合后超声的产生时间优选为2小时以上，更优选为2～24小时，更优选为5～20小时，最优选为10～15小时。
在本发明中，所述分散的方法可以为将氮化锂溶液滴加到碳纳米管薄膜表面；也可以为将碳纳米管薄膜放置于氮化锂分散液中超声，还可以为将氮化锂溶液旋涂在所述薄膜表面。
在本发明中，所述氮化锂分散液的用量优选能基本覆盖碳纳米管薄膜表面，滴加氮化锂溶液后在空气中暴露的时间优选不应超过2分钟，更优选为0.5～2分钟，更优选为1～1.5分钟。
在本发明中，所述加热优选在管式炉中，所述加热优选在保护性气体的保护下进行，所述保护性气体优选为惰性气体和/或氮气；所述保护性气体的流量优选在100sccm以上，更优选为100～300sccm，最优选为150～250sccm。在本发明中，所述保护性气体优选为氩气，更优选为纯氩气，确保反应过程中氮化锂与碳纳米管不会氧化或者氢氧化。
所述加热的温度优选为200～700℃，更优选为300～600℃，最优选为400～500℃；所述加热过程中的保温时间优选为3～12小时，更优选为5～10小时，最优选为6～8小时。在本发明中，所述加热的时间过短会导致产率不足，时间过长会导致碳纳米管被刻蚀。在本发明中，所述加热的方法优选包括：
将氮化锂分散液滴加到碳纳米管薄膜上，移入管式炉中通100sccm以上氩气保护至液相消失，氩气流量升至200sccm升温至400～700℃保温3～12小时。
本发明加热前优选用保护性气体完全排尽炉膛内空气，否则氮化锂会变质，加热时管式炉温度区间优选为400～700℃。
在本发明中，所述加热完成后优选还包括将得到的加热产物进行洗涤，所述洗涤的方法优选包括：
将加热后的产物用水浸泡清洗后再冲洗，然后干燥，得到表面含有大量碳纳米管环的薄膜。
在本发明中，所述水优选为去离子水；所述冲洗优选包括先用去离子水冲洗在用乙醇冲洗；所述去离子水冲洗的次数优选为4～6次，更优选为5次，所述乙醇冲洗的次数优选为4～6次，更优选为5次。
在本发明中，所述洗涤完成后优选还包括：
将干燥后得到的表面含有大量碳纳米管环的薄膜表面一层刮下，将刮下的粉末分散到乙醇中超声，得到碳纳米管环分散液。
在本发明中，所述分散到乙醇中超声的超声时间优选在60分钟以上，更优选为1～6小时，更优选为2～5小时，最优选为3～4小时；所述超声的功率优选为100W以下，更优选为25～100W，更优选为50～80W，最优选为60～70W；所述超声的频率优选为50KHZ以下，更优选为25～50KHZ，最优选为30～40KHZ。
在本发明中，得到碳纳米管环分散液后剩余的碳纳米管薄膜可循环使用。
本发明提供了一种全新的化学方法制备碳纳米管环，利用一种未报道过的氮化锂与碳纳米管的反应，快速将接触表面的碳纳米管转变成碳纳米管环；本发明提供的方法工艺操作简单；接触面上的碳纳米管环面转化率高，环径均匀性好，存在大量外径小于200nm以下的碳纳米管环；碳纳米管环径主要分布在120nm左右，该环径的碳管环对于基础物理、纳米线圈等领域具有潜在的研究价值。
本发明利用一种新的反应，提供一种新的制备碳纳米管环的方法，首次利用氮化锂与碳管的之间的相互作用，实现了碳管由线状向环状的转变，在碳管与氮化锂的接触面上，具有产率高，所需反应温度低，管径分布均匀的特点。
本发明以下实施例中所用原料均为市售商品，分散剂为中国科学院成都有机化学公司提供的碳纳米管水系分散剂，产品编号TNWDLS，所用碳纳米管粉为中国科学院成都有机化学公司提供的TNST型号的单壁碳纳米管。
实施例1
配置碳纳米管分散液，将碳纳米管粉末与分散剂用超声机超声分散12小时，超声功率为50W，频率为85KHZ，得到碳纳米管分散液，碳纳米管用量占分散液总质量的5％；
将碳纳米管分散液离心沉降，以2500转/分转速30min离心沉降处理，得到上层溶液和下层沉淀；
将上层溶液倒入抽滤漏斗中，抽滤24小时成膜，取出膜阴干，将膜揭下，得到碳纳米管薄膜；
将得到的碳纳米管薄膜置入管式炉中，通100sccm氩气30min，温度升至1000℃保温6小时；
配置氮化锂正己烷溶液：在手套箱中将氮化锂与正己烷按1mg：1mL比例配置固液混合物，用封口膜密封取出，超声6小时；
将氮化锂正己烷溶液快速滴到薄膜上，快速移入管式炉中通100sccm氩气保护至液相消失，氩气流量升至200sccm升温至600℃保温6小时，得到加热产物；
将加热产物取出，用大量去离子水浸泡清洗，取出用去离子水冲洗5次，再用乙醇冲洗5次，干燥后得到表面含有大量碳纳米管环的薄膜；
用刮刀将表面含有大量碳纳米管环的薄膜表面一层小心地刮下，将刮下的粉末分散到乙醇中，超声1小时，超声功率控制在25W，频率控制在85KHZ，得到含有碳纳米管环的分散液，剩余的碳纳米管环的薄膜可循环使用。
采用扫描电子显微镜对本发明实施例1制备的表面含有碳纳米管环的碳纳米管纸(表面含有大量碳纳米管环的薄膜)表面的碳纳米管环的大范围分布情况进行表征，检测结果如图1所示，由图1可知，碳管纸(表面含有大量碳纳米管环的薄膜)表面含有大量的环状的碳纳米管环产物。
采用高倍扫描电子显微镜对图1中局部碳纳米管环的环径尺寸进行精确的测量，检测结果如图2所示，由图2可知，实施例1制备的产物中存在201nm、125nm环径的碳纳米管环以及其他尺寸的碳纳米管环。
采用人工统计的方式对图1中碳纳米管环的环径的大致分布进行统计，结果如图3所示，由图3可知，实施例1制备得到的碳纳米管环的环径均在300nm以下，并且环径以100～150nm为主。
采用TEM(透射电镜)对本发明实施例1制备的碳纳米管环分散液进行检测，检测结果如图4所示，由图4可知，本发明实施例1制备的碳纳米管环由单壁碳管环簇卷曲而成，在超声过后可以保持环状，结构稳定，进一步确认了碳纳米管环的环径在300nm以下。
本发明提供的方法能够得到大量环径分布均匀，环径小于300nm的碳纳米管环，并且获得的碳纳米管环在分散液中经超声后仍可保持稳定。
实施例2
配置碳纳米管分散液，将碳纳米管粉末与分散剂用超声机超声分散24小时，超声功率为100W，频率为100KHZ，得到碳纳米管分散液，碳纳米管用量占分散液总质量的25％；
将碳纳米管分散液离心沉降，以3000转/分转速30min离心沉降处理，得到上层溶液和下层沉淀；
将上层溶液倒入抽滤漏斗中，抽滤72小时成膜，取出膜阴干，将膜揭下，得到碳纳米管薄膜；
将得到的碳纳米管薄膜置入管式炉中，通200sccm氩气30min，温度升至1000℃保温12小时；
配置氮化锂正己烷溶液：在手套箱中将氮化锂与正己烷按2mg：1mL比例配置固液混合物，用封口膜密封取出，超声12小时；
将氮化锂正己烷溶液快速滴到薄膜上，快速移入管式炉中通150sccm氩气保护至液相消失，氩气流量升至250sccm升温至700℃保温8小时，得到加热产物；
将加热产物取出，用大量去离子水浸泡清洗，取出用去离子水冲洗5次，再用乙醇冲洗5次，干燥后得到表面含有大量碳纳米管环的薄膜；
用刮刀将表面含有大量碳纳米管环的薄膜表面一层小心地刮下，将刮下的粉末分散到乙醇中，超声6小时，超声功率控制在50W，频率控制在100KHZ，得到含有碳纳米管环的分散液。
按照实施例1的方法对本发明实施例2制备得到的产物进行检测，检测结果为，本发明实施例2制备得到碳纳米管环，碳纳米管环环径分布在50～200nm，主要分布在100nm左右。
实施例3
配置碳纳米管于氮化锂共混分散液，在手套箱中称取5mg氮化锂，10mg碳纳米管分散于20ml环己烷中，用超声机超声分散24小时，超声功率为100W，频率为100KHZ，得到碳纳米管氮化锂共分散液；
将上述分散液滴在干净硅片上，快速置于管式炉中，通300sccm氩气保护，整个过程在2分钟之内完成。
待液相消失，氩气流量降至200sccm升温至600℃保温6小时，得到加热产物；
将加热产物取出，用大量去离子水冲洗硅片表面，用烧杯收集洗液，将洗液倒入抽滤瓶中，抽干水，再用乙醇冲洗，抽干，再用水冲洗，抽干，将滤饼取出放入真空干燥箱干燥。
用刮刀将滤纸表面产物小心地刮下，将刮下的粉末分散到乙醇中，超声5小时，超声功率控制在30W，频率控制在70KHZ，可得到产率较低的碳纳米管环分散液。
本发明提供了一种全新的化学方法制备碳纳米管环，利用一种未报道过的氮化锂与碳纳米管的反应，快速将接触表面的碳纳米管转变成碳纳米管环；本发明提供的方法工艺操作简单；接触面上的碳纳米管环面转化率高，环径均匀性好，存在大量外径小于200nm以下的碳纳米管环；碳纳米管环径主要分布在120nm左右，该环径的碳管环对于基础物理、纳米线圈等领域具有潜在的研究价值。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种碳纳米管环的制备方法，包括：
将碳纳米管和氮化锂接触反应，得到碳钠米管环；
所述碳纳米管和氮化锂接触的方法包括：
将碳纳米管和氮化锂直接进行固态混合；或
将碳纳米管和氮化锂球磨混合；或
将碳纳米管和氮化锂分散在同一分散剂中共混；或
将氮化锂直接放置在碳纳米管薄膜表面；或
将氮化锂溶液分散在碳纳米管薄膜表面加热；
所述反应的温度为600~700℃；
所述加热在保护性气体的保护下进行；
所述加热过程中的保温时间为3~12小时。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管薄膜的制备方法包括：
将碳钠米管分散液进行离心分离，得到上层溶液和下层沉淀；
将所述上层溶液制备成膜后进行退火处理，得到碳纳米管薄膜。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管分散液中碳纳米管的质量浓度为2~25%。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述退火处理的温度为900~1200℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化锂溶液中的溶剂为烷烃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011449626.2A CN112479183B (zh) | 2020-12-09 | 2020-12-09 | 一种碳纳米管环及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011449626.2A CN112479183B (zh) | 2020-12-09 | 2020-12-09 | 一种碳纳米管环及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112479183A CN112479183A (zh) | 2021-03-12 |
| CN112479183B true CN112479183B (zh) | 2022-09-06 |
Family
ID=74941709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011449626.2A Active CN112479183B (zh) | 2020-12-09 | 2020-12-09 | 一种碳纳米管环及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112479183B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114014297B (zh) * | 2021-11-08 | 2023-04-14 | 清华大学 | 一种碳纳米管环及其制备方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4140180B2 (ja) * | 2000-08-31 | 2008-08-27 | 富士ゼロックス株式会社 | トランジスタ |
| EP1786727A1 (en) * | 2004-08-03 | 2007-05-23 | Universita'Degli Studi di Trieste | Process of production of carbon nanotube rings |
| CN102491309B (zh) * | 2011-12-07 | 2013-04-03 | 北京化工大学 | 一种碳纳米环及其制备方法 |
| KR101738343B1 (ko) * | 2015-03-05 | 2017-05-23 | 한국과학기술연구원 | 나노 산화물 입자를 템플레이트로 사용한 나노링 탄소나노튜브 및 이의 제조방법 |
| KR101784318B1 (ko) * | 2015-11-23 | 2017-10-12 | 한국과학기술연구원 | 나노 산화물입자를 이용한 나노링 구조의 탄소나노튜브 제조방법 및 나노링 구조의 탄소나노튜브 |
| CN105347329B (zh) * | 2015-12-09 | 2017-09-26 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种碳纳米环的制备方法 |
| CN111498833B (zh) * | 2020-06-03 | 2021-10-22 | 中国科学院化学研究所 | 一种双壁碳纳米环材料及其制备方法与应用 |
-
2020
- 2020-12-09 CN CN202011449626.2A patent/CN112479183B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112479183A (zh) | 2021-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xu et al. | Surface modification of multi-walled carbon nanotubes by O2 plasma | |
| Liu et al. | Additive‐free dispersion of single‐walled carbon nanotubes and its application for transparent conductive films | |
| US9290665B2 (en) | Coated fullerenes, compositions and dielectrics made therefrom | |
| CN102515152B (zh) | 制备球状石墨烯的方法 | |
| JP5228323B2 (ja) | 単層カーボンナノチューブの製造方法 | |
| CN104556020B (zh) | 一种石墨烯乙醇分散液的制备方法 | |
| TWI529126B (zh) | 單壁碳納米管均勻分散的方法 | |
| JP2014501689A (ja) | 高い溶解性を示す官能基化カーボンナノチューブおよびそれを作製するための方法 | |
| CN102557728A (zh) | 一种石墨烯膜及石墨烯复合碳膜的制备方法 | |
| CN102730664A (zh) | 一种表面含氟碳纳米管及其制备方法 | |
| CN105802589A (zh) | 一种高强度导热膜及其制备方法 | |
| CN112479183B (zh) | 一种碳纳米管环及其制备方法 | |
| CN106531287A (zh) | 一种超高纯度碳纳米管导电浆料及其制备方法 | |
| CN110980694A (zh) | 一种超高纯度半导体性碳纳米管溶液的制备方法 | |
| CN104176734A (zh) | 掺氮石墨烯的制备方法 | |
| CN108122870A (zh) | 散热结构及其制备方法和散热装置 | |
| CN108314024B (zh) | 一种石墨烯透明导电薄膜的等离子体制备方法 | |
| CN109455756A (zh) | 一种SnS量子点及纳米片的制备方法和应用 | |
| WO2024088254A1 (zh) | 一种边缘接枝改性石墨烯及其水分散液和制备方法 | |
| CN112591735B (zh) | 一种半导体型单壁碳纳米管提纯方法 | |
| CN117566726A (zh) | 用于完全去除碳纳米管薄膜中残留的表面活性剂的方法 | |
| CN111092154A (zh) | 一种制备大面积、均匀的碳纳米管网络薄膜的方法 | |
| CN113594400B (zh) | 一种磁过滤技术制备钠离子电池负极材料的方法 | |
| CN110589832A (zh) | 一种SiC纳米线及其制备方法和应用 | |
| CN110590173A (zh) | 一种金属纳米颗粒辅助制备石墨烯玻璃的方法以及一种石墨烯玻璃和一种除雾玻璃 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |