本發(fā)明涉及一種碳納米管的制備方法，尤其涉及一種長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法，屬于無機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

碳納米管自從1991年被日本電子公司ligima博士發(fā)現(xiàn)以來，就引起了廣泛的關(guān)注。由于良好的導(dǎo)電性、大比表面積、低的密度和優(yōu)良的電化學(xué)穩(wěn)定性，使其在催化載體、鋰離子電池、超級電容器和燃料電池等領(lǐng)域擁有十分廣闊的應(yīng)用前景。

碳納米管的制備方法有很多，包括電弧放電法、激光燒蝕法、催化裂解法和化學(xué)氣相沉積法等，并且部分方法已經(jīng)得到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。然而，上述方法對于碳納米管的長度、管徑和壁厚的控制依然存在許多不足，很難有一種方法能同時控制碳納米管的長度、管徑和壁厚，同時保證碳納米管可以均勻分散。

因此，找到一種同時控制碳納米管的長度、管徑和壁厚，又保證碳納米管的均勻分散的方法成為了本領(lǐng)域亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種長度、管徑和壁厚可同時控制，而且可以保證碳納米管均勻分散的碳納米管的制備方法。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法，該長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法包括以下步驟：

在真空干燥的環(huán)境中，將0.02g陽極氧化鋁模板浸泡到50ml-100ml的葡萄糖溶液中；

在室溫下浸泡，進(jìn)行干燥處理；

在惰性氣體氣氛下進(jìn)行退火處理，得到碳膜；

將0.02g碳膜浸泡在20ml-50ml(優(yōu)選為20ml)的naoh溶液中，離心干燥，得到碳納米管。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，在進(jìn)行上述制備方法之前，首先要根據(jù)需要選擇一定厚度和孔徑的陽極氧化鋁模板，在選擇陽極氧化鋁模板時，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)想要得到的碳納米管的厚度和孔徑選擇厚度和孔徑合適的陽極氧化鋁模板作為犧牲模板。本發(fā)明中采用的陽極氧化鋁模板購買于合肥普元納米科技有限公司。

在本發(fā)明的長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法中，采用的葡萄糖溶液的濃度根據(jù)需要的碳納米管的壁厚進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)選地，采用的葡萄糖溶液的濃度為0.05mol/l-5mol/l，體積為50ml-100ml；更優(yōu)選地，采用的葡萄糖溶液的濃度為3mol/l，體積為60ml。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，處于真空干燥的環(huán)境的目的是使葡萄糖溶液充滿陽極氧化鋁模板的納米孔中。

在本發(fā)明的長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法中，優(yōu)選地，真空干燥的環(huán)境的真空度為0-1000pa，真空干燥的環(huán)境下浸泡的時間為20min-60min；更優(yōu)選地，真空干燥的環(huán)境的真空度為133pa，真空干燥的環(huán)境下浸泡的時間為30min。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，在室溫下浸泡的目的是，使葡萄糖分子充分吸附到陽極氧化鋁模板的孔壁上。進(jìn)行干燥處理是為了使葡萄糖分子膜緊密吸附在陽極氧化鋁模板的孔壁上，同時將陽極氧化鋁模板表面吸附的葡萄糖分子擦拭掉。

在本發(fā)明的長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法中，優(yōu)選地，室溫浸泡的時間為5h-24h(更優(yōu)選為15h)，室溫進(jìn)行干燥處理時，是在50℃-100℃(更優(yōu)選為60℃)下干燥12h-24h(更優(yōu)選地為12h)。

在本發(fā)明的長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法中，優(yōu)選地，退火處理是在400℃-700℃下加熱1h-5h，其中，升溫速率為1℃/min-10℃/min；更優(yōu)選地，退火處理是在500℃下加熱5h，其中，升溫速率為2℃/min。

在本發(fā)明的長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法中，優(yōu)選地，惰性氣體氣氛的流速為50ml/min-100ml/min；采用ar氣作為惰性氣體。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，進(jìn)行退火處理的目的是使葡萄糖分子膜以水的比例熱解掉h和o，從而得到一層碳膜。

在本發(fā)明的長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法中，優(yōu)選地，naoh溶液的濃度為0.1mol/l-6mol/l；更優(yōu)選地，濃度為1mol/l。將粗產(chǎn)品溶于naoh溶液中是為了將陽極氧化鋁模板去除掉。

在本發(fā)明的長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法中，優(yōu)選地，進(jìn)行離心干燥時，采用無水乙醇進(jìn)行離心處理，離心處理的速率為8000rad/min-20000rad/min(更優(yōu)選為8000rad/min)，離心處理的時間為5min-20min(更優(yōu)選為5min)。

在本發(fā)明的長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法中，優(yōu)選地，進(jìn)行離心干燥時，是在50℃-100℃下干燥12h-24h；更優(yōu)選地，干燥是在60℃下干燥12h。

本發(fā)明還提供了一種長度、管徑和壁厚可控的碳納米管，其是由上述長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法制備得到的。

本發(fā)明的長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法通過氧化鋁的吸附效應(yīng)，將數(shù)量級大小的葡萄糖分子吸附到陽極氧化鋁模板的孔壁上，然后將葡萄糖熱解成c。通過調(diào)控陽極氧化鋁模板的厚度，調(diào)整可供葡萄糖分子吸附的孔的長度，從而間接控制碳納米管的長度，比如，厚度為40μm-500μm的陽極氧化鋁模板可以得到長度為40μm-500μm的納米管。通過調(diào)控陽極氧化鋁模板的孔徑大小，調(diào)整可供葡萄糖分子吸附的孔的管徑，從而間接控制碳納米管的管徑，比如，孔徑為20nm-300nm的陽極氧化鋁模板可以得到管徑為20nm-300nm的碳納米管。通過調(diào)整葡萄糖溶液的濃度，從而調(diào)整氧化鋁孔壁上吸附的葡萄糖分子的數(shù)量，進(jìn)而控制葡萄糖分子熱解成的碳膜的厚度，最終實現(xiàn)對碳納米管的壁厚的控制，比如，濃度為0.05mol/l-5mol/l葡萄糖溶液可以得到壁厚為2nm-200nm的碳納米管。

本發(fā)明的長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法是一種碳納米管的長度、管徑和壁厚可同時控制的制備方法。

通過本發(fā)明的制備方法得到的碳納米管的分散均勻，擁有相對大的內(nèi)徑，沿著長度方向呈現(xiàn)筆直的線狀結(jié)構(gòu)，是理想的一維結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法不需要電弧放電法和激光燒蝕法那樣復(fù)雜的設(shè)備，也不需要化學(xué)氣相沉積法中大量的危險氣瓶，僅僅通過簡單吸附、熱解即得碳納米管，本發(fā)明的制備方法操作簡單、條件可控、安全可靠、節(jié)能環(huán)保。

附圖說明

圖1為實施例1中采用的陽極氧化鋁模板的正面sem圖片。

圖2為實施例1中采用的陽極氧化鋁模板的反面sem圖片。

圖3為實施例1中采用的陽極氧化鋁模板的側(cè)面sem圖片。

圖4為實施例1得到的碳納米管的6000倍的tem圖片。

圖5為實施例1得到的碳納米管的40000倍的tem圖片。

圖6為實施例1得到的碳納米管的200000倍的tem圖片。

圖7為實施例1得到的碳納米管的eds圖譜。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實施范圍的限定。

實施例1

本實施例提供了一種長度約為60μm、管徑約為160nm-200nm和壁厚約為10nm的碳納米管的制備方法，其包括以下步驟：

選擇購于合肥普元納米科技有限公司，孔徑為160-200nm、厚度為60μm的陽極氧化鋁模板為犧牲模板，正面的sem圖片如圖1所示，反面的sem圖片如圖2所示，側(cè)面的sem圖片如圖3所示；

將0.02g陽極氧化鋁模板浸泡在濃度為0.3m的葡萄糖溶液60ml中，并在壓力為133pa的真空干燥箱中保持30min，使葡萄糖溶液充滿陽極氧化鋁模板的納米孔；

將陽極氧化鋁模板從真空干燥箱中取出，室溫下浸泡15h，從而使葡萄糖分子充分吸附到孔壁上；

在60℃的烘箱中干燥12h，使葡萄糖分子膜緊密吸附在陽極氧化鋁模板孔壁上，同時將陽極氧化鋁模板表面吸附的葡萄糖分子擦拭掉；

在ar氣流(流速為50ml/min)保護(hù)的管式爐中退火，管式爐的溫度為500℃，加熱時間為5h，升溫速率為2℃/min，使葡萄糖分子膜以水的比例熱解掉h和o，從而得到一層碳膜；

采用濃度為1mol/l，體積為20ml的naoh溶液溶解陽極氧化鋁模板，然后采用無水乙醇離心(離心速率為8000rad/min，離心時間為5min)，在60℃下干燥12h，從而得到了特定長度、管壁和壁厚的均勻筆直的碳納米管。

本實施例得到的碳納米管的6000倍下的tem圖片如圖4所示，從圖中可以看出中空的筆直的管狀結(jié)構(gòu)，說明本發(fā)明能成功制備碳納米管。40000倍下的tem圖片如圖5所示，更加證實了管狀的結(jié)構(gòu)。200000下的高倍tem圖片如圖6所示，可以看出碳納米管的管壁壁厚約為10nm。碳納米管的eds圖譜如圖7所示，從圖7可以看出僅僅含有c、o和cu三種元素，o和cu來自于樣品承載用的普通碳膜中的銅網(wǎng)，從而確認(rèn)了該納米管只能是碳納米管。

實施例2

本實施例提供了一種長度約為60μm、管徑約為80nm-100nm和壁厚約為10nm的碳納米管的制備方法，其包括以下步驟：

選擇購于合肥普元納米科技有限公司，孔徑為80-100nm、厚度為60μm的陽極氧化鋁模板為犧牲模板；

將0.02g陽極氧化鋁模板浸泡在濃度為0.3m的葡萄糖溶液60ml中，并在壓力為133pa的真空干燥箱中保持30min，使葡萄糖溶液充滿陽極氧化鋁模板的納米孔；

將陽極氧化鋁模板從真空干燥箱中取出，室溫下浸泡15h，從而使葡萄糖分子充分吸附到孔壁上；

在60℃的烘箱中干燥12h，使葡萄糖分子膜緊密吸附在陽極氧化鋁模板孔壁上，同時將陽極氧化鋁模板表面吸附的葡萄糖分子擦拭掉；

在ar氣流(流速為50ml/min)保護(hù)的管式爐中退火，管式爐的溫度為500℃，加熱時間為5h，升溫速率為2℃/min，使葡萄糖分子膜以水的比例熱解掉h和o，從而得到一層碳膜；

采用濃度為1mol/l，體積為20ml的naoh溶液溶解陽極氧化鋁模板，然后采用無水乙醇離心(離心速率為8000rad/min，離心時間為5min)，在60℃下干燥12h，從而得到了特定長度、管壁和壁厚的均勻筆直的碳納米管。

實施例3

本實施例提供了一種長度約為100μm、管徑約為160nm-200nm和壁厚約為10nm的碳納米管的制備方法，其包括以下步驟：

選擇購于合肥普元納米科技有限公司，孔徑為160nm-200nm、厚度為100μm的陽極氧化鋁模板為犧牲模板；

將0.02g陽極氧化鋁模板浸泡在濃度為0.3m的葡萄糖溶液60ml中，并在壓力為133pa的真空干燥箱中保持30min，使葡萄糖溶液充滿陽極氧化鋁模板的納米孔；

將陽極氧化鋁模板從真空干燥箱中取出，室溫下浸泡15h，從而使葡萄糖分子充分吸附到孔壁上；

在60℃的烘箱中干燥12h，使葡萄糖分子膜緊密吸附在陽極氧化鋁模板孔壁上，同時將陽極氧化鋁模板表面吸附的葡萄糖分子擦拭掉；

在ar氣流(流速為50ml/min)保護(hù)的管式爐中退火，管式爐的溫度為500℃，加熱時間為5h，升溫速率為2℃/min，使葡萄糖分子膜以水的比例熱解掉h和o，從而得到一層碳膜；

采用濃度為1mol/l，體積為20ml的naoh溶液溶解陽極氧化鋁模板，然后采用無水乙醇離心(離心速率為8000rad/min，離心時間為5min)，在60℃下干燥12h，從而得到了特定長度、管壁和壁厚的均勻筆直的碳納米管。

實施例4

本實施例提供了一種長度約為120μm、管徑約為160nm-200nm和壁厚約為20nm的碳納米管的制備方法，其包括以下步驟：

選擇購于合肥普元納米科技有限公司，孔徑為160nm-200nm、厚度為120μm的陽極氧化鋁模板為犧牲模板；

將0.02g陽極氧化鋁模板浸泡在濃度為0.5m的葡萄糖溶液60ml中，并在壓力為133pa的真空干燥箱中保持30min，使葡萄糖溶液充滿陽極氧化鋁模板的納米孔；

將陽極氧化鋁模板從真空干燥箱中取出，室溫下浸泡15h，從而使葡萄糖分子充分吸附到孔壁上；

在60℃的烘箱中干燥12h，使葡萄糖分子膜緊密吸附在陽極氧化鋁模板孔壁上，同時將陽極氧化鋁模板表面吸附的葡萄糖分子擦拭掉；

在ar氣流(流速為50ml/min)保護(hù)的管式爐中退火，管式爐的溫度為500℃，加熱時間為6h，升溫速率為2℃/min，使葡萄糖分子膜以水的比例熱解掉h和o，從而得到一層碳膜；

采用濃度為1mol/l，體積為20ml的naoh溶液溶解陽極氧化鋁模板，然后采用無水乙醇離心(離心速率為8000rad/min，離心時間為5min)，在60℃下干燥12h，從而得到了特定長度、管壁和壁厚的均勻筆直的碳納米管。

以上實施例說明，本發(fā)明的長度、管徑和壁厚可控的碳納米管的制備方法的長度、管徑和壁厚可控，操作簡單、條件可控、安全可靠、節(jié)能環(huán)保。通過本發(fā)明的制備方法得到的碳納米管分散均勻，擁有相對大的內(nèi)徑，沿著長度方向呈現(xiàn)筆直的線狀結(jié)構(gòu)，是理想的一維結(jié)構(gòu)。