[发明专利]一种碳纳米管自组装体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管自组装体的制备方法，利用选择的聚合物对碳纳米管进行表面修饰，使碳纳米管拥有在与修饰聚合物匹配的溶剂中自组装的能力。该方法可得到高度取向、平行排列的碳纳米管管束，自组装体外形规整、尺寸达到微米级。

背景技术

日本Iijima于1991年发现了碳纳米管，该一维纳米材料由单层或多层石墨卷绕而成，具有中空筒柱型结构。碳纳米管具有优异的机械、光学、电学和热学性能，不仅能作为检测仪器和传感器的探针、纳米导线等微电子元器件，而且还能用来制备增强材料、导电材料、导热材料、光电材料和热电材料。

目前研究得较多的是如何提高碳纳米管的分散性以及与基体材料的相容性，但是分散均匀的碳纳米管都是无规排列，杂乱排列的碳纳米管表现为各向同性，体现不出一维材料的特性。碳纳米管具有极大的长径比，表现出各向异性，其轴向上的力学、导电和导热性能远远高于径向上的同样性能。规整排列的管束可将单根碳纳米管轴向上的优异性能加以集中和放大，作为微电子元器件，自组装体拥有比单根碳纳米管更远大的应用前景。将自组装体加入基体材料，可制得导电、导热、机械性能各向异性的特种功能材料，能广泛的应用于航空航天、交通运输、风力发电等领域。

为实现碳纳米管的定向排列和规整排列，国内外开展了大量的工作，主要有“干法”和“湿法”两种途径。其中“干法”是将催化剂“种植”在预设的、规整的模版中或者利用外加电场引导碳纳米管定向生长，从而实现碳纳米管定向排列和平行排列。相对于“干法”，“湿法”指使碳纳米管在液体中实现定向排列或规整排列。有研究人员将碳纳米管分散到定向流动的液体中，通过流动场实现了碳纳米管的定向排列。还有研究者通过在基体材料上蚀刻出一道道微米级的沟槽，使碳纳米管自然沉降到沟槽中，从而实现碳纳米管的定向、平行排列。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管自组装体的制备方法。

本发明提出的碳纳米管自组装体的制备方法，具体步骤为：

（1）制备聚合物接枝的碳纳米管，将选择的聚合物修饰到长度为5~100μm、直径为5~25nm的碳纳米管表面，聚合物的聚合度为20~5000，控制碳纳米管上聚合物的接枝率为5~60%（聚合物质量/聚合物质量与碳纳米管质量之和）；

（2）将1mg～1g聚合物接枝的碳纳米管分散在10～1×10⁴ml溶剂中，超声波分散5~60分钟，碳纳米管在溶剂中进行自组装； 

（3）采用静置法或离心法收集碳纳米管自组装体。

本发明中，步骤（3）中所述静置法操作步骤为：将步骤（2）所得溶液静置1~10天，移除上层液体，在容器下部收集碳纳米管自组装体。

本发明中，步骤（3）中所述离心法操作步骤为：将步骤（2）所得溶液以100 ~50000 r/min离心5~60分钟，移除上层液体，在容器底部收集碳纳米管自组装体。

本发明中，当聚合物为聚苯乙烯时，匹配的溶剂包括：苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、四氢呋喃、环已酮、环已烷、乙酸乙酯、三氯甲烷、四氯化碳或其混合液中任一种。

本发明中，当聚合物为聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯或聚甲基丙烯酸丁酯中任一种时，匹配的溶剂包括：四氢呋喃、甲醇、乙醇、异丙醇、甲酸、乙酸、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、三氯乙烷、三氯乙烯或其混合液中任一种。

本发明中，当聚合物为聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸时，匹配的溶剂包括：四氢呋喃、甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、水、丙酮或其混合液中任一种。

本发明中，当聚合物是聚乙二醇、氧化聚乙烯或聚乙烯醇中任一种时，匹配的溶剂包括：甲醇、乙醇、四氢呋喃、甲酸、乙酸、水或其混合液中任一种。

本发明中，当聚合物是聚乙烯基吡咯烷酮时，匹配的溶剂包括：甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、甲酸、乙酸、水、环已酮、苯或其混合液中任一种。

本发明中，当聚合物是聚丙烯酰氨或聚丙烯腈时，匹配的溶剂包括：甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、水或其混合液中任一种。

本发明中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管及其混合物中任一种。

本发明步骤简单、容易实现，可在溶剂中实现碳纳米管的自组装。微米级别的自组装体形状规整，组装体内，碳纳米管高度取向、紧密平行排列。为碳纳米管开辟了新的应用领域。

附图说明

图1.实施例1碳纳米管自组透射电子显微镜照片：碳纳米管自组装体的头部。