[发明专利]碳质毫微管的宏观有序集合体

说明书

                     Richard E. Smalley

                     Daniel T. Colbert

                     Ken A. Smith

                     Deron A. Walters

                     Michael J. Casavant

                     Charles B. Huffnan

                     Xiaochuan Qin

                     Boris L. Yakobson

                     Robert H. Hauge

                     Rajesh Kumar Saini

                     Wan-Ting Chiang

本发明是在政府支持下、在美国国家航空和宇宙航行局和美国海军研究局授予的资助号分别为NCC9-77和N00014-99-1-0246下做出的。政府在本发明中享有一定的权利。

发明背景

富勒烯(fullerenes)是一种完全由呈六边形或五边形排列的sp²杂化碳原子构成的闭合笼形分子。富勒烯(如C₆₀)最初被确定为由气化碳凝结产生的闭合球形笼子。

用碳弧法将气化碳制成球形富勒烯时，是在阴极上以碳沉积物的形式生成富勒烯管。参见Ebbesen等(Ebbesen I)发表于Nature，卷358，第220页(1992年7月16日)的《碳质毫微管的大规模合成》(″Large-Scale Synthesis ofCarbonNanotubes″)，以及Ebbesen等(Ebbesen II)发表于Annual Review of MaterialsScience，卷24，第235页(1994)的《碳质毫微管》(″Carbon Nanotubes″)。这种管在此称为碳质毫微管。许多通过这些过程制备的碳质毫微管是多壁毫微管，即类似于同心圆柱体的碳质毫微管。多达7层壁的碳质毫微管描述于已有技术中。参见Ebbesen II；Iijima等发表于Nature，卷354，第56页(1991年11月7日)的《石墨碳的螺旋形微管》(″Helical Microtubules OfGraphitic Carbon″)。

使用公认的术语系统会有助于对碳质毫微管进行说明。本申请中将使用由Academic Press，525 B Street，Suite 1900，San Diego，California 92101-4495或6277 Sea Harbor Drive，Orlando，Florida 32877出版的M.S.Dresselhaus、G.Dresselhaus和P.C.Eklund的《富勒烯和碳质毫微管科学》(Science of Fullerenesand Carbon Nanotubes)一书(ISBN 0-12-221820-5)中第19章，尤其是第756-760页(1996)中描述的碳质毫微管术语，该书参考结合于本发明中。单壁管状富勒烯通过双重指数(n，m)互相区别，其中n和m是整数，说明了如何切割单独一条六方“网状”石墨才能使得当它包绕到圆柱形表面上时其边缘无缝接合。当这两个指数相同，即m＝n时，所得管子被称为是“扶手椅”(即n，n)型，这是因为当该管子垂直于管轴向切割时，仅暴露六方形的面，它们环绕管边周围的图案类似重复n次的扶手椅的扶手和椅座。扶手椅管是单壁碳质毫微管的较佳形式，因为它们是金属的，具有非常高的导电率。此外，所有单壁毫微管的导热率和拉伸强度都非常高。