一種氟摻雜螺旋碳納米管的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于碳納米管制備技術領域，特別涉及一種具有深紫外光致發(fā)光特性的氟摻雜螺旋碳納米管的制備方法，該碳納米管能夠用于紫外發(fā)光材料在光刻技術、光信息存儲以及藥物分析的應用，另外還能夠用于紫外發(fā)光、紫外探測器件的基礎材料。
【背景技術】
[0002]螺旋碳納米管(HCNTs)自1994年被發(fā)現以來，以其優(yōu)異的物理和化學性質和廣闊的應用前景，就引起了研宄者們極大的關注。它是在直桿的碳納米管的六元環(huán)網絡中周期性的插入五元環(huán)和七元環(huán)對而構成的一種類似彈簧狀的螺旋形碳納米管。其獨特的螺旋結構決定了它在光學、電學、磁學、微波吸收、力學以及化學等方面都具有獨特的性質，具有很大的理論研宄及潛在應用價值。尤其是，螺旋碳納米管在368nm的紫外區(qū)域有較強的光致發(fā)光(PU效應，并且嘧啶型及石墨型的氮摻雜能有效增強其紫外光致發(fā)光性能。但是要具有更深紫外區(qū)光致發(fā)光特性(發(fā)光波長小于300 nm)，進而有小于300nm的深紫外發(fā)光特性的螺旋碳納米管材料還未見報道。
[0003]另一方面，我們注意到，通過氟化是加寬碳材料能帶帶隙的一種極其有效的方法。例如，石墨烯是一種能帶帶隙為零的碳材料，經氟化后，其帶隙可達3.8eV，從而有望在深紫外光區(qū)域(3.8eV，對應于紫外光致發(fā)光波長~327nm)具有良好的光致發(fā)光特性。因而，我們通過對螺旋碳納米管氟化，獲得了在263nm和291nm深紫外區(qū)域具有良好光致發(fā)光性能的氟化螺旋碳納米管(F-HCNT)。它將對制造具有極小波長的紫外激光器，以及具有深紫外發(fā)光特性的藥物分析具有良好的應用前景。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的的提供一種具有深紫外光致發(fā)光特性的氟摻雜螺旋碳納米管的制備方法。
[0005]具體步驟為:
(I)將0.0lmol六水合硝酸镲和0.03mol 一水合梓檬酸加入盛有10ml無水乙醇的三角燒瓶中，水浴加熱至60°C并攪拌，保持8小時后轉入燒杯中，85°C將其基本烘干后，再于175°C將其完全烘干，最后將其放入馬弗爐中375°C煅燒4小時，制得氧化鎳納米顆粒。
[0006](2)稱取0.025克步驟(I)制得的氧化鎳納米顆粒于瓷舟中放入管式爐內，以20ml/min的流量通入氫氣后加熱至365°C并保持I小時制得鎳納米顆粒，然后關閉氫氣，再以40ml/min的流量通入乙炔并加熱至550±50°C保持I小時，最后關閉乙炔通入氬氣，在氬氣的保護下降至室溫，制得螺旋碳納米管。
[0007](3)將步驟⑵制得的螺旋碳納米管與二氟化氙按1:1~10的質量比稱取混合，放入聚四氟乙烯罐內，然后密閉，再將聚四氟乙烯罐放入不銹鋼罐內，用水管鉗把不銹鋼罐的蓋子擰緊密封，再將不銹鋼罐放入馬弗爐內加熱至200±20°C并保持30~72小時，最后自然冷卻至室溫后，即制得氟摻雜螺旋碳納米管。
[0008]所述原料六水合硝酸鎳、一水合檸檬酸和無水乙醇為分析純；乙炔為工業(yè)純；氬氣和二氟化氙為化學純。
[0009]所述不銹鋼罐的蓋子擰緊的標準是罐子自然冷卻到室溫后，不銹鋼罐沒有松動或漏氣的現象。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是:
(I)本發(fā)明方法生產成本較低，易于加工，原料來源廣泛。
[0011](2)本發(fā)明方法制得的氟摻雜螺旋碳納米管的光致發(fā)光提升至263nm和291nm深紫外區(qū)域，極大填補了現有的半導體材料在這個區(qū)域的不足。
【附圖說明】
[0012]圖1是實施例1中F-HCNT-1的高清掃描電鏡照片。我們可以發(fā)現，氟摻雜螺旋碳納米管非常均勻，直徑大約在80~160nm之間，長度都在6μπι以上，而且不是整齊的直線排列，而是以各種程度彎曲著纏繞在一起。
[0013]圖2是實施例1一 4 (F-HCNT-1—4)的電子能譜(XPS)。我們可以發(fā)現，隨著螺旋碳納米管與二氟化氙的混合比例不同，摻入的氟含量是非常不同的。二氟化氙的比重越大，相應的氟摻入的也就越多。
[0014]圖3是實施例1一4 (F-HCNT-1—4)的光致發(fā)光譜。我們可以發(fā)現，雖然氟摻雜螺旋碳納米管中氟的含量發(fā)生變化，其在263nm和291nm深紫外的光致發(fā)光特性能夠保持穩(wěn)定。
【具體實施方式】
[0015]以下實施例中使用原料六水合硝酸鎳、一水合檸檬酸和無水乙醇為分析純；乙炔為工業(yè)純；氬氣和二氟化氣為化學純。
[0016]實施例1:
(I)將0.0lmol六水合硝酸镲和0.03mol 一水合梓檬酸加入盛有10ml無水乙醇的三角燒瓶中，水浴加熱至60°C并攪拌，保持8小時后轉入燒杯中，85°C將其基本烘干后，再于175°C將其完全烘干，最后將其放入馬弗爐中375°C煅燒4小時，制得氧化鎳納米顆粒。
[0017](2)稱取0.025克步驟(I)制得的氧化鎳納米顆粒于瓷舟中放入管徑為50mm的管式爐內，通入20ml/min流量的氫氣后加熱至365°C并保持I小時，然后關閉氫氣通入乙炔(流量為40ml/min)加熱至550°C并保持I小時，最后關閉乙炔通入氬氣，在氬氣的保護下降至室溫，制得螺旋碳納米管。
[0018](3)將步驟(2)制得的螺旋碳納米管與二氟化氙按1:10的質量比稱取混合，放入聚四氟乙烯罐內，然后密閉，再將聚四氟乙烯罐放入不銹鋼罐內，用水管鉗擰緊密封，再將不銹鋼罐放入馬弗爐內加熱至200°C并保持30小時，最后自然冷卻至室溫后，即制得氟摻雜螺旋碳納米管F-HCNT-1。
[0019]實施例2:
將實施例1步驟(3)中的螺旋碳納米管與二氟化氙的混合質量比改為1:7，其他條件完全同于實施例1，制得氟摻雜螺旋碳納米管F-HCNT-2。
[0020]實施例3: 將實施例1步驟(3)中的螺旋碳納米管與二氟化氙的混合質量比改為1:5，其他條件完全同于實施例1，制得氟摻雜螺旋碳納米管F-HCNT-3。
[0021]實施例4:
將實施例1步驟(3)中的螺旋碳納米管與二氟化氙的混合質量比改為1:1，其他條件完全同于實施例1，制得氟摻雜螺旋碳納米管F-HCNT-3。
[0022]雖然本發(fā)明已有技術方案和較佳實施例陳述如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作各種的變化、更替與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
【主權項】
1.一種氟摻雜螺旋碳納米管的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)將0.0lmol六水合硝酸镲和0.03mol 一水合梓檬酸加入盛有10ml無水乙醇的三角燒瓶中，水浴加熱至60°C并攪拌，保持8小時后轉入燒杯中，85°C將其基本烘干后，再于175°C將其完全烘干，最后將其放入馬弗爐中375°C煅燒4小時，制得氧化鎳納米顆粒； (2)稱取0.025克步驟(I)制得的氧化鎳納米顆粒于瓷舟中放入管式爐內，以20ml/min的流量通入氫氣后加熱至365°C并保持I小時制得鎳納米顆粒，然后關閉氫氣，再以40ml/min的流量通入乙炔并加熱至550±50°C保持I小時，最后關閉乙炔通入氬氣，在氬氣的保護下降至室溫，制得螺旋碳納米管； (3)將步驟(2)制得的螺旋碳納米管與二氟化氙按1:1~10的質量比稱取混合，放入聚四氟乙烯罐內，然后密閉，再將聚四氟乙烯罐放入不銹鋼罐內，用水管鉗把不銹鋼罐的蓋子擰緊密封，再將不銹鋼罐放入馬弗爐內加熱至200±20°C并保持30~72小時，最后自然冷卻至室溫后，即制得氟摻雜螺旋碳納米管； 所述原料六水合硝酸鎳、一水合檸檬酸和無水乙醇為分析純；乙炔為工業(yè)純；氬氣和二氟化氙為化學純； 所述不銹鋼罐的蓋子擰緊的標準是罐子自然冷卻到室溫后，不銹鋼罐沒有松動或漏氣的現象。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氟摻雜螺旋碳納米管的制備方法。先用溶膠-凝膠法制備鎳的氧化物納米顆粒，然后以氫氣將其還原為鎳納米顆粒并作為催化劑高溫裂解乙炔，產物與二氟化氙反應得到氟化的螺旋碳納米管。溶膠-凝膠法的原料選用六水合硝酸鎳、一水合檸檬酸，溶劑選用無水乙醇。本發(fā)明的氟摻雜螺旋碳納米管的光致發(fā)光提升至263nm和291nm深紫外區(qū)域，極大填補了現有的半導體材料在這個區(qū)域的不足，可以作為紫外發(fā)光、紫外探測器件的基礎材料，應用于光刻技術、光信息存儲以及藥物分析領域。
【IPC分類】C01B31-02, B82Y30-00, C09K11-65
【公開號】CN104528686
【申請?zhí)枴緾N201410825814
【發(fā)明人】紀來奎, 曹雪麗, 文劍鋒, 唐濤
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月28日