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单壁碳纳米管分离技术——由复杂到简单

作者:中国科学院成都有机化学有限公司 来源:http://www.timesnano.com 日期:2014-03-21 11:10:15


单壁碳纳米管(SWCNT)以其优良的化学稳定性、力学性能以及可调制的电学和光学性质在高性能微纳米光电器件及薄膜光电器件等方面具有极大的应用前景。单壁碳纳米管可看作是由单层石墨层绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝空心管。碳纳米管直径和螺旋角度(手性)的不同使单壁碳纳米管呈现出可调制的电学性能。

但是,鉴于目前常规手段包括电弧、激光烧蚀与化学气相沉积等方法所制备的碳纳米管都是不同导电属性、直径和手性碳纳米管的混合物,根据导电属性、直径或手性的不同所呈现出的不同光学电学性能会一定程度降低碳纳米管的光电特性发挥,严重阻碍碳纳米管在微纳米光电器件及薄膜光电器件等方面的应用。因此,碳纳米管的分离技术作为近期碳纳米管研究领域的热点备受瞩目。 近年来,人们相继开发出了多种单一导电属性、直径或手性碳纳米管的直接制备工艺和制备后处理分离技术,其中,现有的单一导电属性碳纳米管的制备工艺包括等离子体增强气相化学沉积法直接制备半导体型碳纳米管的工艺、采用单羟基醇类化合物作为碳源给料直接CVD生长高金属型碳纳米管的工艺等;现有的单一直径和手性碳纳米管的制备工艺包括改变催化剂种类或结构,在气相化学沉积法制备过程中控制直径或手性范围的工艺、采用直接CVD生长过程中利用紫外线照射控制直径或手性范围的工艺等,但此类工艺实现起来非常困难,不易控制,且效率很低。现有的不同导电属性碳纳米管的后处理分离技术一般利用单壁碳纳米管的直径、手性以及电子结构等性质的差异,实现部分单壁碳管的选择性分离及其导电属性的分离,如大电流烧蚀法去除金属型CNT的工艺、利用选择性氧化反应消除金属型CNT的工艺、基于超高速离心技术或基于电泳技术的金属性和半导体性CNT分离工艺等;现有的单一直径或手性单壁碳纳米管的后处理分离技术包括烧蚀氧化法逐步去除不同管径碳纳米管以致控制碳纳米管管径的工艺、基于超高速离心技术或基于离子色谱技术的CNT直径或手性分离工艺、利用人工合成DNA链认识与缠绕特定CNT的直径或手性分离工艺等;但这些工艺或是不能同时实现不同导电属性两种碳管的富集和分离,或是不能精确控制单一直径或手性CNT分离,或是对设备要求高,工艺耗时过长,或是分离介质昂贵,成本高,分离介质难以消除,或是分离出来的单一导电属性或单一直径或手性CNT纯度、产率很低,因此都还不能满足低成本、宏量规模生产的要求。

中国科学院成都有机化学有限公司隶属于中国科学院系统,前身为中国科学院成都有机化学研究所,我中心(中科时代纳米)是该公司组成部分之一。是专业的碳纳米管厂家。现在,我中心高纯度(>90wt%)单壁碳纳米管的生产能力已达到100kg/a,多壁碳纳米管(直径:20-30nm,纯度:>95%)的生产能力已达到30T/a。我中心的碳纳米管产品在国内外已建立好良好声誉。我们欢迎各种形式的合作,拓展碳纳米管的产品市场,发展碳纳米管的生产和应用技术。

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