[发明专利]一种单手性碳纳米管的高纯度组合分离方法

说明书

本发明公开了一种单手性碳纳米管的高纯度组合分离方法。所述高纯度组合分离方法包括：使第一分散剂与单壁碳纳米管原料在有机溶剂中均匀分散形成第一分散液，并经离心处理，获得第一分散剂包裹的碳纳米管；采用超酸剥离所述第一分散剂包裹的碳纳米管表面的第一分散剂，获得碳纳米管絮状物；以及，使所述碳纳米管絮状物与第二分散剂在有机溶剂中均匀分散形成第二分散液，之后分离形成固形物和富集单手性碳纳米管的液相体系，从而获得单手性碳纳米管。本发明提供的高纯度组合分离方法可以实现半导体或者特定手性的单壁碳纳米管的手性纯度的提升以及原料碳纳米管的分离效率，同时不会对碳纳米管造成缺陷化损伤。

技术领域

本发明属于碳纳米管分离技术领域，具体涉及一种单手性碳纳米管的高纯度组合分离方法。

背景技术

具有可调带隙的半导体单壁碳纳米管显示出独特而卓越的光学和电学特性，在光学和电学器件中具有巨大的潜在应用。单壁碳纳米管的电子性质取决于其手性角和直径。根据其原子排列结构，单壁碳纳米管可以是金属的或半导体的。半导体碳纳米管的带隙与它们的直径成反比。先前的研究表明，由于半导体碳纳米管与金属电极之间的肖特基势垒，接触电阻会随着直径的增加而减小。IBM团队认为，最适合电子设备的半导体单壁碳纳米管的直径范围可能会大于1.2nm，直到源漏隧穿过于严重时的直径为止，可能是1.7-2nm。目前，有希望获得该直径范围内的高纯度半导体单壁碳纳米管的方法有很多。然而，多个手性碳纳米管的共存导致带隙的变化，这是基础研究和高端应用的主要障碍。这种多样性影响大规模设备集成的质量和可重复性。因此，期望制备具有大直径的单手性碳纳米管。单壁碳纳米管的光学性质由其可变带隙确定，对应于不同能级的荧光发射峰在光学领域显示出不同的应用。特别是，从1500到1600nm的光谱区域被称为第三通信窗口(c波段)，由于二氧化硅光纤的吸光度极低，因此对近红外光子器件至关重要，这会导致低的光衰减。由于单壁碳纳米管可以发射1550nm波长的光，且该发射波长下的手性碳纳米管直径通常为1.2-1.3nm。因此，1.2-1.3nm单手性单壁碳纳米管将在光学和电学领域具有广阔的应用前景。

早期基于溶液法的手性碳纳米管分离方法的尝试有很多，例如DNA或分散剂下的ATPE，凝胶色谱法，DGU，聚合物分离法等，已经实现了在1.1nm以下高单手性纯度的碳纳米管的分离。随着各种方法和技术的改进，大直径碳纳米管的分离方法得到了进一步发展。但由于直径较大的碳纳米管的曲率半径的增加以及直径相似的手性种类数量呈倍数增加的限制，分散剂对不同手性碳纳米管的特异性大大降低。因此，这些方法难以在大直径区域获得较窄甚至单手性的碳纳米管。

周崇武等人之前利用ATPE方法提取出纯度达到88.4％的(9，8)手性碳纳米管，但是直径仅仅只有1.17nm。Iijima课题组曾用PFP聚合物，在puksed-laser vaporization方法制备的原料单壁碳纳米管种提取出(13，5)手性碳纳米管，尽管直径可以达到1.27nm，但是单手性纯度仅仅只有45％，这极大阻碍了在电子器件领域应用的碳纳米管材料的均一性。最近，张平等人使用新的混合提取取策略，使用F8BT和PDFP提取了高产率，高纯度的(15，4)单手性碳纳米管。尽管荧光光谱图的纯度还不错，但是从吸收光谱的S22区域仍然看出这是不纯的单手性碳纳米管。这是一个普遍的问题，在大于1.2nm的直径下，难以获得相对纯的手性碳纳米管，这阻碍了光学和电学领域的进一步发展。目前用于手性分离的原料单壁碳纳米管，不难发现，商用HIPCO原料单壁碳纳米管在1.2-1.3nm范围内的丰度非常低。商业电弧放电法和等离子体法制备的原料单壁碳纳米管主要丰度都在1.3-1.7nm之内，二最需要的直径范围(1.2-1.3nm)内丰度也很低，这进一步增加了在该直径范围内分离单手性碳纳米管的难度。因此提供一种高效分离多种单手性SWCNT的方法是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单手性碳纳米管的高纯度组合分离方法，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种单手性碳纳米管的高纯度组合分离方法，其包括：