本發(fā)明涉及碳納米管應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管纖維純化方法。
背景技術(shù)：
：碳納米管具有優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能，因而具有極廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，成為化學(xué)、物理、材料學(xué)界關(guān)注的重點潛力材料。目前碳納米管的制備方法多種多樣，制備工藝也逐漸趨于成熟。然而，商業(yè)化大批量生產(chǎn)的碳納米管不可避免有無定型碳、催化顆粒以及碳納米粒子等雜質(zhì)的存在，會在某些方面提升碳納米管的性能，也會在另一些方面導(dǎo)致性能惡化。因而，有效快捷的除去雜質(zhì)對深入研究和應(yīng)用碳納米管的應(yīng)用是至關(guān)重要的。碳納米管有單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管之分，它們的性質(zhì)不同、制備方法不同、雜質(zhì)含量和種類不同，純化方法也需要根據(jù)具體情況設(shè)定。目前純化碳納米管的方法主要有物理法、化學(xué)法和綜合法。每種方法均有其各自的優(yōu)點，綜合法的提出使碳納米管的純化效率進(jìn)一步提升，但是仍有很大的發(fā)展空間。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有效的碳納米管纖維純化方法，能夠去除纖維中的雜質(zhì)、增加了純化效率。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種碳納米管纖維純化方法，是按照下述步驟進(jìn)行的：(1)將導(dǎo)電膠粘在襯底之上，碳納米管纖維的兩端粘在導(dǎo)電膠上，涂覆銀膠，并使碳納米管纖維架空；(2)待銀膠晾干后測量碳納米管纖維的電阻，根據(jù)電阻選擇合適的電壓值通電0.5～1s；(3)取下碳納米管纖維放入酸中浸泡6h，用去離子水清洗過后放入雙氧水中浸泡6h；用去離子水浸泡24h，最后在80℃干燥3-5h。優(yōu)選的，步驟(3)中酸溶液為鹽酸、硝酸、王水或硫酸。優(yōu)選的，步驟(1)中碳納米管纖維的長度在1-20cm。優(yōu)選的，步驟(1)中碳納米管纖維的直徑為30～300μm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果：1.對碳納米管纖維瞬間通電的方法使得碳納米管內(nèi)的無定形碳、碳納米顆粒以及部分金屬催化劑顆粒灼燒，以煙霧的形式放出，暴露出被包裹的金屬顆粒，金屬催化顆粒瞬間熱氧化，極易與酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，極大的降低了酸處理的時間，增加了純化效率。2.這種方法對于均勻的碳納米管纖維的純化極其有效，且方法簡單容易操作，可行性強。3.適用于各種使用浮動催化法生長的碳納米管纖維的純化，尤其是針對被碳層包覆的金屬催化顆粒的純化。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是實施例1中碳納米管纖維通電后的微觀形貌特征。圖2是實施例1中碳納米管纖維純化后的掃描電子顯微鏡照片。圖3是純化前后的碳納米管纖維電導(dǎo)率的變化圖示。具體實施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。一種碳納米管纖維純化方法，是按照下述步驟進(jìn)行的：(1)將導(dǎo)電膠粘在玻璃襯底之上，碳納米管纖維的兩端粘在導(dǎo)電膠上，涂覆銀膠，并使碳納米管纖維架空；(2)待銀膠晾干后測量碳納米管纖維的電阻，根據(jù)電阻選擇合適的電壓值通電0.5～1s；所加載的電壓為恒定的，可以是直流或者交流。(3)取下碳納米管纖維放入酸中浸泡6h，用去離子水清洗過后放入雙氧水中浸泡6h；用去離子水浸泡24h，最后在80℃干燥3-5h。優(yōu)選的，步驟(3)中酸溶液為鹽酸、硝酸、王水或硫酸。優(yōu)選的，步驟(1)中碳納米管纖維的長度在1-20cm，步驟(1)中碳納米管纖維的直徑為30～300μm。熱氧化法是純化碳納米管的一種普遍的方法，與其他方法結(jié)合能夠有效除去碳納米管附著的雜相，本申請是一種瞬間熱氧化結(jié)合酸處理的方法，這種方法能夠以極高的效率除去碳納米管中的缺陷及雜質(zhì)。通電產(chǎn)生的焦耳熱使碳納米管表面附著的無定型碳、碳顆粒、以及鐵催化顆粒瞬間氧化，一部分鐵催化顆粒隨著二氧化碳在燒灼過程中以煙霧形式放出，剩余氧化鐵仍附著在碳納米管間隙中，經(jīng)過稀酸浸泡能夠很快的發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)入溶液中。值得一提的是，對于單壁碳納米管，由于其直徑在1-2μm，催化顆粒一般附著于管外部，通電氧化的金屬催化顆粒存在于碳納米管束的間隙之間，通電方法并不破壞長徑比較大的單壁碳納米管。本發(fā)明提供碳納米管纖維純化方法，采用加載瞬時電壓的方法，屬于熱氧化法的范疇。本發(fā)明適合應(yīng)用于宏觀的碳納米管纖維，其直徑幾十到幾百微米之間，長度1-20cm；所加載的恒定電流或者電壓可以為直流也可以為交流。滿足上述要求的碳納米管纖維可以根據(jù)現(xiàn)有的方法合成，如采用CCVD法(浮動催化劑化學(xué)氣相沉積)生長，或者可以參照Ya-LiLi,IanA.Kinloch,AlanH.Windle,J.Science.2004,304,276-279中公開的方法合成。單壁碳納米管通過CCVD方法生長的時候，以均勻的速度直接從管式爐中拉出，多股透明薄膜桶狀單壁碳納米管纖維平行堆疊，之后用電動馬達(dá)放絲制備出直徑幾十到幾百微米不等的纖維。本申請適合應(yīng)用于宏觀的碳納米管纖維，在纖維軸向所加載恒定電壓值與碳納米管纖維的電阻有關(guān)聯(lián)：同一長度的纖維，直徑越大，電阻越小，所加載的電壓越??；同一直徑，不同長度的纖維，長度越大，電阻越大，所施加的電壓越大。以下結(jié)合實施例詳細(xì)說明本發(fā)明，實施例1～4用于說明通過對碳納米管加載電流和電壓實現(xiàn)碳納米管快速有效純化的方法。實施例1，本實施例中碳納米管通電純化的方法如下：截取長度2.5cm、直徑54μm均勻的碳納米管纖維，將其兩端粘在導(dǎo)電膠上，涂覆銀膠，并使纖維架空，用萬用表測量纖維的電阻為32Ω，根據(jù)電阻選擇合適的電壓值40V通電，通電時長約0.5-1s，這樣防止通電時間過長或者電壓電流過大致使碳納米管纖維燒斷；取下碳納米管纖維放入酸中浸泡6h，用去離子水清洗過后放入雙氧水中浸泡6h；用去離子水浸泡24h，最后放在鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥4h。本實施例通電后的碳納米管纖維掃描電子顯微鏡如圖1所示，純化后碳納米管纖維的掃描電子顯微鏡照片如圖2所示。圖1中的白點顯示的為雜質(zhì)，從圖2中可以明顯看出，經(jīng)過純化后，幾乎看不到雜質(zhì)。本實例中，碳納米管纖維的長度可以在1～20cm之間變化，比如1、5、10、15或20cm等，碳納米管纖維越長，其電阻越大，所施加的電壓也相應(yīng)增加。實施例2，本實施例中碳納米管通電純化的方法如下：截取長度5cm，直徑92μm均勻的碳納米管纖維，將其兩端粘在導(dǎo)電膠上，涂覆銀膠，并使纖維架空，用萬用表測量纖維的電阻為70Ω，根據(jù)電阻選擇合適的電壓值83V通電，通電時長約0.5-1s，防止通電時間過長或者電壓電流過大致使碳納米管纖維燒斷；取下碳納米管纖維放入酸中浸泡6h，用去離子水清洗過后放入雙氧水中浸泡6h；用去離子水浸泡24h，最后放在鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥3-5h。本實施例中，碳納米管纖維的直徑可以為30～300μm，比如30或100或200或300μm，碳納米管纖維直徑越大，其電阻越小，相應(yīng)施加的電壓也減小。實施例3，本實施例中碳納米管通電純化的方法如下：截取長度7cm，直徑80μm均勻的碳納米管纖維，將其兩端粘在導(dǎo)電膠上，涂覆銀膠，并使纖維架空，用萬用表測量纖維的電阻為65Ω，根據(jù)電阻選擇合適的電壓值110V通電，通電時長約0.5-1s，防止通電時間過長或者電壓電流過大致使碳納米管纖維燒斷；取下碳納米管纖維放入酸中浸泡6h，用去離子水清洗過后放入雙氧水中浸泡6h；用去離子水浸泡24h，最后放在鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥3-5h。實施例4，本實施例中碳納米管通電純化的方法如下：截取長度10cm，直徑123μm均勻的碳納米管纖維，將其兩端粘在導(dǎo)電膠上，涂覆銀膠，并使纖維架空，用萬用表測量纖維的電阻為113Ω，根據(jù)電阻選擇合適的電壓值135V通電，通電時長約0.5-1s，防止通電時間過長或者電壓電流過大致使碳納米管纖維燒斷；取下碳納米管纖維放入酸中浸泡6h；用去離子水清洗過后放入雙氧水中浸泡6h；用去離子水浸泡24h，最后放在鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥3-5h。以下的實施例5-8用于說明本發(fā)明經(jīng)過通電的碳納米管纖維的酸的處理時間相當(dāng)短，使用實施例1中的樣品。實施例5-8將實施例1中，經(jīng)過通電的長度為2.5cm的碳納米管纖維取下，放入酸中浸泡數(shù)個小時，用去離子水清洗過后放入雙氧水中浸泡6h；用去離子水浸泡24h，最后放在鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥3-5h。如表1所示。表1名稱酸的種類酸的濃度(Mol/L)反應(yīng)時間(h)實施例5鹽酸16實施例6鹽酸0.56實施例7王水14實施例8硝酸16本申請通過加載恒定電壓，使無定形碳和碳納米顆粒炭化，并且使碳納米管纖維內(nèi)部的鐵催化顆粒氧化形成氧化鐵顆粒，這些顆粒均勻分布于碳納米管束的間隙之中，之后將通電的碳納米管纖維依次放入稀鹽酸和雙氧水中浸泡。本發(fā)明所提供的純化碳納米管纖維的方法縮短了酸等溶液處理的時間，有效提高了碳納米管的純化效率；純化后的致密度有所提高，表面和內(nèi)部都極為干凈，并且純化后的電導(dǎo)率提高大約4倍。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3