[发明专利]用富勒烯官能化的碳纳米管

说明书

本发明涉及富勒烯官能化碳纳米管、用于其生产的方法和装置、功能 材料、厚膜、薄膜、线状、导线、层状和三维结构物以及如权利要求书所 定义的部件。

现有技术

富勒烯和碳纳米管(CNT)两者都显示出独特的和有用的化学性质和物 理性质，其中，所述化学性质和物理性质涉及例如其形态、韧性、导电性 和导热性以及磁性。

已经表明CNT官能化是例如使CNT适合加工、改善其与基质材料的 结合以及为了具体应用而改变CNT性质的途径。已经通过诸如羧基、十 二烷基硫酸钠、硫醇、胺基、酰胺基、羰基和氯化物基团、双酞菁铒和聚 (N-乙烯基咔唑)的各种化合物使CNT官能化。此外，CNT的有机官能化已 经被用作CNT的中间提纯步骤。

此外，已经报道了富勒烯存在于CNT。例如，已经报道了在已生产的 CNT之中存在非共价键合的富勒烯。已经报道了使用富勒烯作为CNT生 长的模板。非共价键合富勒烯已被包括在CNT内(纳米管豆荚，nanotube peapod)。

然而，现有技术官能化过程的问题是CNT在合成之后被官能化，其 中，合成是费时的，能量和资源密集增加了产物的损失，并且加入另外的 杂质。此外，通过现有技术方法不可能将富勒烯共价连接到碳纳米管的外 表面。

所生产的CNT的工业效用和科学效用是它们的个别性质和共同性质 的功能，进一步的问题是CNT生产的现有技术方法不能够充分地控制适 于许多商业应用的性质。可控性操作和选择性操作官能团将得到想要的 CNT和CNT复合材料的性质的调整(tailoring)。

本发明的目的是消除上面所提及的缺点。

本发明的一个具体目的是公布不同于现有技术材料的新材料(富勒烯 官能化碳纳米管)。本发明的目的是公布共价键合富勒烯-CNT的结构以及 用于其生产的方法和装置。本发明的进一步目的是公布所述富勒烯官能化 碳纳米管的不同最终产物。

发明概述

由在权利要求书中所提出的表征本发明的富勒烯官能化碳纳米管、方 法、装置、功能材料、厚膜或薄膜、线状、导线、层状、三维结构物和部 件。

本发明基于所进行的研究工作，其中，在所进行的研究工作中惊奇地 发现生产富勒烯官能化碳纳米管是可能的，所述富勒烯官能化碳纳米管包 括一种或多种共价连接到碳纳米管的富勒烯和/或基于富勒烯的分子。

本发明涉及富勒烯官能化碳纳米管(FFCNT)，其包括一种或多种共价 键合到碳纳米管上的富勒烯和/或基于富勒烯的分子(在此也被称为 CBFFCNT，共价键合富勒烯官能化碳纳米管或富勒烯官能化碳纳米管)。 碳纳米管不仅可以包括碳原子，而且碳纳米管可以包括碳原子以及一种或 多种其他原子。碳纳米管可以是具有开口端和/或封闭端的圆柱形结构或管 状结构。其他的碳纳米管结构也是可以的。

按照富勒烯的意思是指分子，其中所述分子包括碳并且其结构大体上 是球形的、椭圆的或像球一样的。富勒烯可以是具有封闭表面的空心结构， 或其可以大体上具有球形结构，所述球形结构不完全被封闭、而是具有一 个或多个开式键(open bond)。富勒烯可以例如具有大体上像半球一样的 形状和/或任何其他的像球一样的形状。

按照基于富勒烯的分子意思是指任何上述的分子，其中在分子中的一 个或多个碳原子被替换为一个或多个例如非碳的原子、分子、基团和/或化 合物，和/或其中一个或多个另外的原子、分子、基团和/或化合物被包括 在富勒烯分子中，和/或其中一个或多个另外的原子、分子、基团和/或化 合物被连接到富勒烯分子的表面上。仅仅作为一个非限制性的例子，所提 及的是一种或多种其他富勒烯可以被连接到所述表面。