CN1696053B - 一种截断碳纳米管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种截短碳纳米管的方法。先将一定量的碳纳米管加到一定粘度的聚合物熔体中，然后在具有线接触研磨特征的研磨装置中使碳纳米管均匀分散到聚合物中，在机械摩擦力和聚合物熔体内的层间剪切力等作用下将碳纳米管截断，去掉所用聚合物即可得到长度为50nm-5μm的短碳纳米管，聚合物与碳纳米管的比例可任意调节，极端情况下可以完全不使用聚合物。在特殊研磨方式下，将碳纳米管与无机盐、氧化物或金属粉末等在一起研磨也可将碳纳米管截断。

Description

一种截断碳纳米管的方法
本发明公开了一种截断碳纳米管的方法，属于纳米材料加工领域，特别适合处理纤维状纳米材料。
碳纳米管是日本NEC的Iijima教授于1991年首次发现的。碳纳米管具有独特的物理化学性能，如具有金属或半导体导电特性、极高的机械强度、良好的轴向导热性、低温超导性、电磁波吸收特性和较好的吸附性等诸多性能。应用研究结果表明，碳纳米管可被广泛用于能源、材料、生命科学等高科技领域中，如它可用作新型增强材料，电子元件、隐身材料、新型贮氢材料、催化剂载体和电极材料等，其中它在电子和复合材料方面的应用最具有潜力。
碳纳米管具有很高的长径比，一般在1000以上，较大的比表面积和较高的表面能使其处于非热力学稳定状态，很容易互相缠绕并团聚，因而难于分散，严重影响了它在复合材料增强、导电等方面的应用。
短碳纳米管的长径比较小，一般低于100，容易在固相或液相介质中均匀分散，因而有望在许多领域得到应用。直接合成短碳纳米管存在许多技术难题。如何将较长的碳纳米管裁剪为短碳纳米管成了纳米科技领域的一个重要课题。目前已经有很多方法可以用来截短碳纳米管。球磨或研磨是较为常用的截短碳纳米管的方法，但是该法只能得到少量长度分布很宽的短碳纳米管。为此，有人在研磨或球磨碳纳米管时向其中添加了氧化镁或金刚砂等微粒来提高碳纳米管的截短效率。国外的研究表明，将碳纳米管和环糊精等一同研磨也可使碳纳米管变短。在用硝酸等强氧化剂氧化碳纳米管时也可将其截短。氟化后的碳纳米管在高温裂解或将碳纳米管在聚合物的溶液中超声处理等都可得到较短的碳纳米管。但上述各种方法均不符合工业生产的要求。
本发明的目的是提供一种适合工业生产，长度为50nm-5μm的短碳纳米管的简便方法。
本发明的目的是通过如下原理实现的：在具有线接触研磨特征的研磨装置中先将一定量的碳纳米管加到一定粘度的聚合物熔体中，通过研磨使碳纳米管均匀分散到聚合物中，由于体系内的机械摩擦力和聚合物熔体内的层间剪切力等多种作用碳纳米管被截断，去掉所用聚合物即可得到一定长度的短碳纳米管，聚合物与碳纳米管的比例可任意调节，极端情况下碳纳米管的含量可为100％，即不使用聚合物，直接将碳纳米管在有线接触特征的研磨体之间研磨，也可将碳纳米管截短到所需的长度，而且研磨次数越多，得到的碳纳米管越短。
本发明所述的聚合物为热塑性树脂。热塑性树脂系线型或支化的稳定的高分子，在整个加工使用过程中都能保持其本性，主要包括聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乙二醇、聚乙烯醇等。
按照本发明所述的方法，所用的聚合物都可以通过溶剂溶解的办法除去。例如聚碳酸酯可用N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、氯仿、四氯甲烷、环己酮、四氢呋喃、二氧六环、1，2-二氯乙烷、苯酚(热)等溶去；聚乙二醇可用水溶去等。
本发明所述的聚合物也可用加热分解的方法除去。如聚碳酸酯可在320℃受热分解除去，聚甲基丙烯酸甲酯可在350℃下的氮气氛中热分解完全除去，聚苯乙烯可在390℃的空气氛中热分解除去。
本发明与现有技术的区别在于采用了特殊的研磨方式。在本发明的研磨方式下，研磨体之间为线接触，区别于球磨方式下研磨体间的点接触。研磨体之间为线接触的设备有双辊机(开炼机或密炼机)、三辊机等。各研磨体之间以不同的速度运动，极端情况是有一个研磨体可静止不动。
在本发明的特殊研磨方式下，将碳纳米管与无机盐、氧化物或金属粉末等在一起研磨也可将碳纳米管截断，无机盐如NaCl、CuCl2、Na2CO3等，氧化物如MgO、SiO2、SiC等，金属粉末如铁粉、镁粉、锌粉等，它们应可用水或稀酸溶解除去。
本发明所用的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管等。
本发明同样可以用来截断气相生长碳纤维。
附图说明：
图1为实施例1所用碳纳米管的透视电镜图(×50k)；
图2为实施例1所得短碳纳米管的透视电镜图(×50k)；
图3为实施例2所得短碳纳米管的透视电镜图(×20k)；
图4为实施例3所得短碳纳米管的透视电镜图(×50k)；
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1：借助双辊机将80克聚碳酸酯和20克碳纳米管在170℃均化三次，每次为20分钟，将所得混合物中的聚碳酸酯用氯仿溶去，即可得到较短的碳纳米管。图1为所用的碳纳米管的透射电镜图，图2为被截短的碳纳米管的透射电镜图，由图可知，在未截断之前，碳纳米管较长，多在50μm左右，而在将其与聚碳酸酯在双辊机上均化后，由图2可知，用双辊机处理后碳纳米管明显变短，仅为500nm，而且其长度分布均匀。
实施例2：借助双辊机将70克聚乙烯醇和30克碳纳米管在90℃均化三次，每次为20分钟，将所得混合物中的聚乙烯醇用水溶去，即可得到平均长度约为500nm的碳纳米管(见图3)。
实施例3：室温下将10克碳纳米管用双辊机处理10分钟，即可得到平均长度约为500nm的短碳纳米管(见图4)。
实施例4：室温下将10克碳纳米管与100g NaCl用双辊机处理10分钟，用水溶去NaCl后即可得到平均长度约为1μm的碳纳米管。
实施例5：室温下将10克碳纳米管与50g MgO用双辊机处理10分钟，用浓度为2N的HCl溶去MgO后即可得到平均长度约为1μm的碳纳米管。
实施例6：同实施例1，将获得的碳纳米管与聚碳酸酯的复合物在320℃的空气气氛下处理30分钟，使所用的聚碳酸酯完全分解后也可得到长度约500nm的洁净碳纳米管。

Claims (5)

1.一种截断碳纳米管的方法，采用研磨的方式截断碳纳米管，采用具有线接触特征的研磨设备来研磨碳纳米管或碳纳米管复合物，其特征在于所述具有线接触特征的研磨设备为双辊机或三辊机，所述的碳纳米管复合物为碳纳米管与高分子聚合物、无机盐、氧化物或金属粉末复合形成，所述的高分子聚合物能用适当的溶剂溶去或通过加热使之分解；所述的无机盐、氧化物或金属粉末能用水或稀酸除去。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的高分子聚合物包括聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乙二醇或聚乙烯醇。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于截断得到的碳纳米管的长度为50nm-5μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的双辊机为开炼机或密炼机。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101164873B (zh) * 2007-10-10 2010-12-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 采用Fenton反应截短碳纳米管的方法
CN101407634B (zh) * 2008-09-16 2011-05-18 上海第二工业大学 一种硅油基含碳纳米管纳米流体的制备方法
CN101602483B (zh) * 2009-07-10 2011-01-05 杭州电子科技大学 钛酸钠纳米管的截断方法
CN103896249B (zh) * 2014-03-25 2016-09-07 深圳市纳米港有限公司 球状碳纳米管基团及其制备方法和用途
CN104945659A (zh) * 2015-06-29 2015-09-30 殷明 一种新型cnt表面处理方法及其在制备聚合物/cnt纳米复合材料中的应用
CN106976868A (zh) * 2017-06-05 2017-07-25 国家纳米科学中心 碳纳米管的低维化方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6283812B1 (en) * 1999-01-25 2001-09-04 Agere Systems Guardian Corp. Process for fabricating article comprising aligned truncated carbon nanotubes
CN1410475A (zh) * 2002-03-14 2003-04-16 四川大学 聚合物/碳纳米管复合粉体及其固相剪切分散的制备方法
CN1528870A (zh) * 2003-07-01 2004-09-15 李幼清 一种纳米抗磨剂及其制备方法和应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6283812B1 (en) * 1999-01-25 2001-09-04 Agere Systems Guardian Corp. Process for fabricating article comprising aligned truncated carbon nanotubes
CN1410475A (zh) * 2002-03-14 2003-04-16 四川大学 聚合物/碳纳米管复合粉体及其固相剪切分散的制备方法
CN1528870A (zh) * 2003-07-01 2004-09-15 李幼清 一种纳米抗磨剂及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冯永成，瞿美臻，周固民，张伯兰，于作龙.碳纳米管在导电涂料中的应用研究－－(II)碳纳米管对导电涂料导电性的影响.高分子材料科学与工程20 2.2007,20(2),133-135,139.
冯永成,瞿美臻,周固民,张伯兰,于作龙.碳纳米管在导电涂料中的应用研究——(II)碳纳米管对导电涂料导电性的影响.高分子材料科学与工程20 2.2007,20(2),133-135,139. *

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