專利名稱：一種制備螺旋形納米碳管繩的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及螺旋形納米碳管繩，具體地說是一種制備螺旋形納米碳管繩的方法。
背景技術：
螺旋形納米碳管是一種功能型碳纖維，可以通過高分子有機纖維的固相碳化或低分子烴 的氣相催化熱解生長而制得，具有耐熱性、化學穩(wěn)定性、電熱傳導性、熱膨脹性低、耐摩擦、 磨損低、密度低、生體親和性好等優(yōu)異性能，而其特殊的螺旋形態(tài)則賦予了材料典型的手征 特性、良好的彈性、與基體的良好結合性，有望作為新型的電磁波吸收劑、微敏感能量吸收 劑、隱身材料、微彈簧等微機械元件等，在結構增強、吸波材料、電磁屏蔽材料、微電子器 件等領域具有廣闊的應用前景。
目前關于螺旋形納米碳管的制備國內(nèi)外報道的方法主要是化學氣相沉積法(CVD)，該法
以低碳烴化合物為碳源，納米Fe、 Co、 Ni、 Cu及其納米合金粒子為催化劑，制備螺旋形納 米碳管，上述納米催化劑的制備工藝非常復雜，而且粒徑難于控制， 一般通過把Fe、 Co、 Ni、 Cu等金屬的鹽溶液吸附在超細二氧化硅等粒子的表面，再通過氫氣還原制備出附著于超細二 氧化硅等粒子表面的納米金屬催化劑，這些超細二氧化硅粒子會混雜在螺旋形納米碳管當中， 很難清除千凈。 一般認為納米碳管的內(nèi)徑與催化劑顆粒直徑相等，人們總是想辦法得到粒徑 較小的催化劑，而小直徑催化劑的制備難度大、價格昂貴，其應用受到一定的限制。目前還 沒有關于螺旋形納米碳管繩的文獻和專利報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種工藝簡單、產(chǎn)量高、低成本制備螺旋形納米碳管繩的新方法， 以滿足有關領域發(fā)展的需要。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是采用乙炔為碳源、氫氣為載氣、氮氣或氬氣
為稀釋氣體、鎳板為催化劑、PC13為助催化劑，通過化學氣相沉積法，在750"C 85(TC溫度 下反應，制備出螺旋形納米碳管繩；其中稀釋氣體氮氣或氬氣與乙炔流量之比為3 4: 1， 氫氣與乙炔流量之比為2 4: 1， PCl3助催化劑的流量為0.06~0.07 ml/min，螺旋形納米碳管 繩的纖維直徑、螺旋的螺距和螺旋的直徑主要通過調(diào)節(jié)流量、溫度等工藝參數(shù)得到控制。
所述及的鎳板催化劑的厚度為0.5 2mm，是商業(yè)鎳板，無需繁瑣制備，鎳板催化劑在反 應前要進行表面處理，對鎳板表面用500號細砂紙進行打磨，然后在稀鹽酸或稀硫酸中浸泡 5~6小時，f燥后使用
所述及的鎳板催化劑可以重復使用，上次反應剩余的鎳板催化劑用500號細砂紙進行打 磨后，在稀鹽酸或硫酸中浸泡5 6小時，干燥后重復使用；
所述及的鎳板催化劑水平放置在石墨板上。
本發(fā)明提供的方法簡單易操作，產(chǎn)品純度高，單位產(chǎn)量高，利于大批量生成。在結構增 強、吸波材料、電磁屏蔽材料、微電子器件等領域具有廣闊的應用前景。


圖1為實施例1制備的螺旋形納米碳管繩的掃描電鏡照片。 圖2為實施例1制備的螺旋形納米碳管繩的透射電鏡照片。 圖3為實施例2制備的螺旋形納米碳管繩的掃描電鏡照片。 圖4為實施例3制備的螺旋形納米碳管繩的掃描電鏡照片。
具體實施例方式
實施例1
反應前將厚度為lmm、長寬分別為200mm和30mm的鎳板催化劑進行表面處理，對鎳 板表面用500號細砂紙進行打磨，然后在稀鹽酸中浸泡5小時，千燥后放在管式爐的恒溫區(qū)， 鎳板催化劑水平放置在石墨板上；對反應系統(tǒng)抽真空，用氮氣置換三次，通入氮氣，氮氣的 流量為120ml/min，在氮氣氣氛下升溫到750°C ，通入乙炔的同時以氫氣為載氣加入PC13助催 化劑，PCl3助催化劑的流量為0.06ml/min，稀釋氣體氮氣與乙炔流量之比為3: 1 (其中乙 炔為40ml/min，氮氣為120ml/min)，氫氣與乙炔流量之比為2: 1 (其中乙炔為40ml/min， 氫氣為80ml/min)，反應恒溫時間為50min，進行催化熱解反應；反應結束后在氮氣氣氛下自 然冷卻到室溫，可獲得2.7165g的螺旋形納米碳管繩(參見圖1和圖2)。
實施例2
反應前將厚度為1.5mm、長寬分別為200mm和30mm的鎳板催化劑進行表面處理，對 鎳板表面用500號細砂紙進行打磨，然后在稀硫酸中浸泡6小時，干燥后放在管式爐的恒溫 區(qū)，鎳板催化劑水平放置石墨板上；對反應系統(tǒng)抽真空，用氬氣置換三次，通入氬氣，氬氣 的流量為150mlZmin，在氬氣氣氛下升溫到70(TC，通入乙炔的同時以氫氣為載氣加入PC13 助催化劑，PCl3助催化劑的流量為0.065 ml/min，稀釋氣體氬氣與乙炔流量之比為3: 1 (其 中乙炔為50ml/min，氬氣為150ml/min)，氫氣與乙炔流量之比為3: K其中乙炔為50ml/min， 氫氣為150ml/mm)，反應恒溫時間為60min,進行催化熱解反應，反應結束后在氬氣氣氛下 自然冷卻到室溫，可獲得3.1483g的螺旋形納米碳管繩(參見圖3)。
實施例3
反應前將厚度為2mm、長寬分別為200mm和30mm的鎳板催化劑進行表面處理，對鎳 板表面用500號細砂紙進行打磨，然后在稀鹽酸中浸泡5小時，干燥后放在管式爐的恒溫區(qū)， 鎳板催化劑水T放置在石墨板上；對反應系統(tǒng)抽真空，用氮氣置換三次，通入氮氣，氮氣的 流量為240mlZmin,在氮氣氣氛下升溫到800°C ，通入乙炔的同時以氫氣為載氣加入PC13助催 化劑，PCl3助催化劑的流量為0.07ml/min，稀釋氣體氮氣與乙炔流量之比為4: 1 (其中:乙 炔為60ml/min，氮氣為240ml/min)，氫氣與乙炔流量之比為4: 1 (其中乙炔為60ml/min， 氫氣為2卯ml/min)，反應恒溫時間為60min，進行催化熱解反應，反應結束后在氮氣氣氛下 自然冷卻到室溫，可獲得3.9473g的螺旋形納米碳管繩(參見圖4)。
權利要求
1. 一種制備螺旋形納米碳管繩的方法，其特征在于采用乙炔為碳源、氫氣為載氣、氮氣或氬氣為稀釋氣體、鎳板為催化劑、PCl3為助催化劑，通過化學氣相沉積法，在較低溫度下制備出螺旋形納米碳管繩。
2. 如權利要求1所述制備螺旋形納米碳管繩的方法，其特征在于所述反應溫度為750 。C —850 。C。
3. 如權利要求1所述制備螺旋形納米碳管繩的方法，其特征在于所述稀釋氣體氮氣或 氬氣與乙炔流量之比為3 4: 1。
4. 如權利要求1所述制備螺旋形納米碳管繩的方法，其特征在于所述氫氣與乙炔流量 之比為2 4: 1。
5. 如權利要求1所述制備螺旋形納米碳管繩的方法，其特征在于所述PCb助催化劑的流量為0.06 0.07 ml/min。
6. 如權利要求1所述制備螺旋形納米碳管繩的方法，其特征在于所述催化劑鎳板的厚度為0.5 2mm，鎳板催化劑在反應前要進行表面處理，對鎳板表面用500號細砂紙進行打磨， 然后在稀鹽酸或稀硫酸中浸泡5~6小時，干燥后使用。
7. 如權利要求1所述制備螺旋形納米碳管繩的方法，其特征在于所述鎳板催化劑可以 重復使用，上次反應剩余的鎳板催化劑用500號細砂紙進行打磨后，在稀鹽酸或稀硫酸中浸 泡5 6小時，干燥后重復使用。
8. 如權利要求1所述制備螺旋形納米碳管繩的方法，其特征在于所述鎳板催化劑水平 放置在石墨板上。
全文摘要
本發(fā)明涉及螺旋形納米碳管繩，具體地說是螺旋形納米碳管繩的制備方法。本發(fā)明公開了一種制備螺旋形納米碳管繩的方法。本發(fā)明采用乙炔為碳源、氫氣為載氣、氮氣或氬氣為稀釋氣體、鎳板為催化劑、PCl₃為助催化劑，通過化學氣相沉積法，在較低溫度下制備出螺旋形納米碳管繩。本發(fā)明的方法和工藝簡單，容易控制，價格低廉，產(chǎn)量及純度高，便于工業(yè)化生產(chǎn)，制備的螺旋形納米碳管繩，在結構增強、吸波材料、電磁屏蔽材料、微電子器件等領域具有廣闊的應用前景。
文檔編號C01B31/00GK101209834SQ200610170740
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月27日 優(yōu)先權日2006年12月27日
發(fā)明者于建民, 沈曾民, 趙東林 申請人:北京化工大學