[发明专利]制备碳纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米材料的方法，尤其是制备碳纳米管的方法。

背景技术

自从日本专家饭岛纯雄(S.Iigima)于1991年首次发现和提出碳纳米管以来，这种新型碳素材料引起了物理、化学和材料科学界的广泛兴趣。现在人们已卓有成效地研究出碳纳米管的合成方法、结构特征、生长机理及其不寻常的机械、电学和磁学性能等，探索碳纳米管在一维传导器、超强复合材料、超硬材料、储氢材料等领域的应用前景。在《Chemical Physics Letters》的2000年第323卷第217～223页公开了一种以碳-氢气体燃烧火焰合成碳纳米管的方法。该方法利用甲烷、乙炔、乙烯等碳-氢气体在一个特殊的燃烧系统燃烧，然后向乙炔和乙烯火焰中吹入催化剂颗粒，获得碳纳米管。这种方法存在的问题是：1、需要特殊的燃烧器系统并吹入催化剂；2、燃烧气体的存放比较困难和危险，需要特殊的容器；3、燃烧火焰的大小受到很多因素的限制(如气源、火焰燃烧器的口径等问题)，比较难以实现大火焰、大批量合成碳纳米管。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备碳纳米管的方法，它能够克服前述现有技术所存在的不足。解决本技术问题的技术方案是：一种制备碳纳米管的方法，其特征是：

1.1抛光金属基板材料的使用面，获得光滑镜面；

1.2将抛光后的基板材料的使用面放入硝酸(HNO₃)或盐酸(HCI)溶液中，并根据浓度的不同浸泡20秒～5分钟；

1.3将处理好的基板材料使用面向下，正向燃烧的乙醇或者甲醇火焰，在其中烧5～30分钟，然后取出在空气中冷却；

1.4从基板材料使用面刮下的燃烧物即碳纳米管。

而且，

2.1在抛光基板材料的使用面之前，根据需要和火焰大小将基板材料切成适当尺寸；

2.2金属基板材料可以是奥氏体不锈钢或Ni基合金或纯Ni金属；

2.3可以用金相水砂纸将基板使用面抛光至1000#，然后用抛光磨料和抛光织物将基板使用面抛光成光滑镜面。

采用本发明可制取与现有技术相同形态的碳纳米管，并具有以下优点：1、制备方法和设备简单。小批量制备所需的酒精灯在商店即可购得，如需大批量制备，也很容易实现；2、碳纳米管的制备过程在大气中进行，不需要特殊的保护气体；3、利用简便的腐蚀基板材料的方法，在基板材料表现形成微小的金属氧化物等颗粒，使其具有催化剂的作用，即“自生催化”，不需要外加催化剂，从而简化了专门制备金属催化剂颗粒的工序，降低了成本；4、液体酒精要比气态燃烧剂更易于保存和获得，也更加安全；5、容易实现碳纳米管的大面积和批量制备，可以采用流水线处理基板材料和安排燃烧火焰制备工序。

附图说明

图1是将烧好的样品放大5千倍的扫描电镜照片。

图2是将烧好的样品放大1万倍的扫描电镜照片。

图3是将基板上的燃烧物刮入乙醇溶剂中，经超声波振荡仪中分散后，滴在微栅薄膜上放大15万倍的透射电镜照片。

图4是与图3相同的方法放大12万倍的透射电镜照片。

具体实施方式

实施例一：1、将25Cr-13Ni基板材料切成20×10mm；2、抛光基板材料的使用面，获得光滑镜面；3、将抛光后的基板材料的使用面放入纯硝酸中侵蚀30秒；4、将处理好的基板材料使用面向下，正对燃烧的乙醇火焰(分析纯)中部烧10分钟；5、从基板材料使用面刮下的燃烧物即碳纳米管。该碳纳米管的扫描电镜照片和透射电镜照片分别见图1～图4。

实施例二：采用1Cr18Ni9Ti作基板材料，纯硝酸中侵蚀30秒，乙醇火焰(分析纯)中烧10分钟。(其它处理同上)

实施例三：采用25Cr-13Ni作基板材料，纯盐酸中侵蚀30秒，乙醇火焰(分析纯)中烧5分钟。(其它处理同上)

说明：

1、由于Ni是碳纳米管合成的最佳催化元素，基板材料中Ni含量越高，效果越好。

2、当硝酸或盐酸的浓度不同时，基板材料的侵蚀时间不同，浓度越高，侵蚀时间越短，反之亦然。