專利名稱：一種限域穩(wěn)定擴散火焰制備碳納米管的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備碳納米管的方法，特別涉及一種利用限域穩(wěn)定擴散火焰制備碳納米 'f的方法。
背景技術：
碳納米管是一種由碳元素構成的一維管狀結構，可看成是由石墨層巻成的無縫空心管， 按石墨層數的不同可分為單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管。1991年，日本人飯 島首先在透射電鏡中觀察電弧放電制備的樣品中發(fā)現了碳納米管，并對碳納米管的晶體結構 進行了表征。由于碳納米管具有許多獨特的力學、電學、熱學等性質，如碳納米管具有極高的楊氏模 量，而密度很??；具有彈道輸運特性，庫侖阻塞效應，AB效應J等，以及良好的場發(fā)射性能； 具有良好導熱性能；以及良好的儲氫特性等，具有廣泛的應用前景，因此，近十幾年來，關 于碳納米管的制備、特性及應用研究一直是人們的研究的熱點領域。碳納米管最初是在電弧放電法制備的樣品中發(fā)現的，之后發(fā)展了很多的制備方法，如激 光閃蒸法和化學氣相沉積法等，這些制備方法被廣泛的研究，使之成為制備碳納米管的常規(guī) 方法，特別是電弧放電法和化學氣相沉積法。除了這些常的制備方法外，還發(fā)展了一些新穎的制備方法。Randall L. Vander Wal等人 在J. Phys. Chem. B (2001， vol. IO5, pp. 10249-10256)上報道利用擴散火焰法制備出了單壁碳納米秋、 多壁碳納米管及碳納米纖維。Randall L. Vander Wal等的結果表明利用Ni作為催化劑， 利用乙炔和氫氣作為碳源通常制備出的是多壁碳納米管，乙炔/氫氣/氦氣作為碳源通常制備 出的是碳納米纖維。在Randall L. Vander Wal等實驗中，所采用的碳源基本上都是氣體，如一氧化碳、乙 炔等，所采用的催化劑是鐵或鎳，制備催化劑的方法是熱蒸發(fā)金屬粉末或是利用金屬茂合物 蒸汽在火焰中分解。同吋，美國肯塔基大學的Saito Kozot等人在Chem. Phys. Lett. (2001， vol. 340， pp. 237-241) 上報道用甲垸/空氣火焰，在Ni-Cr合金絲上得到直徑為20-60nm的多壁碳納米管。如果將鉻、 鎳氧化物沉積在不銹鋼網格表面，然后將不銹鋼網格放入乙烯火焰中，可得到糾纏在一起彎 曲的多壁碳納米管，當火焰中加入氮氣后，碳納米管變直，并且形成取向陣列。利用液態(tài)碳源，如乙醇火焰，將不銹鋼基底機械拋光成鏡面，然后利用純硝酸或鹽酸腐 蝕很短的時間(一般為數十秒)，然后將拋光的一面朝下放到火焰中心來制備碳納米管，《J. Mater. Sci. Lett.》雜志2002年第21巻1207-1209頁報道了此方法。
與傳統的碳納米管制備方法，如電弧放電法，化學氣相沉積法等相比，火焰法具有很多 特點。首先，火焰法是制備碳納米管有效方法，可以大量制備；其次，火焰法裝置比較簡單， 制備工藝也比較簡單。還有，可以選擇多種可燃的碳氫化合物做為燃料和碳源等。
然而，上述火焰法制備碳納米管也存在一定的問題，特別是采用液態(tài)燃料時，擴散火焰 在燃燒的過程中很難保持比較穩(wěn)定的狀態(tài)，在制備過程，火焰會擺動、跳躍，火焰的這種不 穩(wěn)定性對制備的產物有較大影響，會使產物出現多種形貌，重復性比較差，不利于火焰法的 實際應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目在于克服現有火焰法的不足，提供一種限域穩(wěn)定擴散火焰制備碳納米管的方 法。該方法可以利用限域在火焰穩(wěn)定罩內的穩(wěn)定擴散火焰提供制備碳納米管所需的能量和碳 源，利用過渡金屬鹽作為催化劑先體，在穩(wěn)定擴散火焰內沉積碳納米管，采用原料成本低廉，
反應時間比較短:而且對環(huán)境沒有污染。 — 本發(fā)明通過以下技術方案實現
(1) 將過渡金屬鹽溶解到乙醇中，配成溶液；
(2) 將上述溶液涂敷到基底上，并自然千燥；
(3) 將步驟(2)的干燥的基底，放到酒精燈頭內的支架上；
(4) 點燃酒精燈，并將火焰穩(wěn)定罩覆蓋在酒精燈頭上；燃燒1一30分鐘，熄滅酒精燈， 得到碳納米管。
在上述的方法中，所述的過渡金屬鹽為過渡金屬鐵、鈷、鎳的可溶性鹽的任意一種； 所述的基底為銅片或不銹鋼片。


圖1是本發(fā)明所述的限域穩(wěn)定擴散火焰制備碳納米管的裝置平面模型圖。 圖2是本發(fā)明所述的限域穩(wěn)定擴散火焰制備碳納米管的裝置立體模型圖。圖3是本發(fā)明所述的限域穩(wěn)定擴散火焰制備碳納米管的裝置立體結構分解圖。 圖4是實施例1制備的碳納米管的掃描電子顯微鏡照片。 圖5是實施例1制備的碳納米管的透射電子顯微鏡照片。
圖1的說明如下
(1) 一火焰穩(wěn)定罩，(2) —支撐環(huán)，(3)—基底，(4)—支架，(5)—酒精燈。
具體實施例方式
將硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鈷、氯化鐵、氯化鎳或氯化鈷溶于無水乙醇中，配成濃度為 O.Olmol/1 ~ lmo1/1的催化劑先體溶液，將催化劑先體溶液涂敷到潔凈的銅或不銹鋼基底上， 自然干燥；將支架插到酒精燈芯中，將干燥的基底放到支架上，套上支撐環(huán)，點燃盛有甲醇、 乙醇或丙酮的酒精燈，蓋上火焰穩(wěn)定罩，燃燒1 30分鐘，.熄滅火焰，即可得到碳納米管。 以下為采用本發(fā)明制備碳納米管的實施例。
實施例1
取0.29g分析純硝酸鎳溶于10ml無水乙醇中，形成0.1mol/l硝酸鎳溶液并涂敷到潔凈的 銅基底上，自然干燥。將支架插入酒精燈燈芯中，將干燥的銅基底放到支架上，套上支撐環(huán)， 點燃盛有乙醇的酒精燈，蓋上火焰穩(wěn)定罩，燃燒10分鐘，熄滅火焰，得到產物。產物的形貌. 用掃描電子顯微鏡進行了表征，從圖4可以看出其形貌為纖維狀，形貌單一，直徑約40—50nm; 圖5顯示在高分辨透射電子顯微鏡下看到其為晶格呈魚骨狀排列的多壁碳米管。
實施例2
取0.29g分析純硝酸鎳溶于10ml無水乙醇中，形成O.lmol/1硝酸鎳溶液并涂敷到潔凈的 銅基底上，自然干燥。將支架插入酒精燈燈芯中，將干燥的銅基底放到支架上，套上支撐環(huán)， 點燃盛有甲醇的酒精燈，蓋上火焰穩(wěn)定罩，燃燒10分鐘，熄滅火焰，得到碳納米管。
實施例3
取0.29g分析純硝酸鎳溶于10ml無水乙醇中，形成O.lmol/1硝酸鎳溶液并涂敷到潔凈的 銅基底上，自然干燥。將支架插入酒精燈燈芯中，將干燥的銅基底放到支架上，套上支撐環(huán)， 點燃盛有丙酮的酒精燈，蓋上火焰穩(wěn)定罩，燃燒10分鐘，熄滅火焰，得到碳納米管。
權利要求
1.一種限域穩(wěn)定擴散火焰制備碳納米管的方法，其特征在于包括下列步驟(1)將過渡金屬鹽溶解到無水乙醇中，配成催化劑先體溶液；(2)將步驟(1)中的溶液涂敷到基底上，自然晾干；(3)將步驟(2)中的基底放到酒精燈頭上的支架上；(4)點燃步驟(3)中的酒精燈，并蓋上火焰穩(wěn)定罩，獲得限域穩(wěn)定擴散火焰；(5)反應1-30分鐘，熄滅火焰，得到黑色沉積物，即得碳納米管。
2. 按權禾j要求1所述的方法，其特征在于所述的過渡金屬鹽為過渡金屬鐵、鈷、鎳的 可溶性鹽。
3. 按權利要求1所述的方法，其特征在于所述的火焰穩(wěn)定罩是由金屬制成的、帽形、 網狀結構，也可以是由多層帽形網狀結構疊加而成的結構。
4. 按權利要求1所述的方法，其特征在于所述的限域穩(wěn)定擴散火焰為含碳、氫或碳、 氫、氧的可燃液體形成的限域穩(wěn)定擴散火焰。
全文摘要
一種限域穩(wěn)定擴散火焰制備碳納米管的方法，屬于納米材料制備技術領域。其特征在于配制過渡金屬鹽乙醇溶液，涂敷到基底上，自然干燥后將基底放到已經插到燈芯中的支架上；點燃火焰，蓋上火焰穩(wěn)定罩，獲得限域穩(wěn)定擴散火焰；基底在其中停留1-30分鐘，之后熄滅火焰，可得到碳納米管。該方法具有設備簡單、工藝簡單的特點，由于限域穩(wěn)定擴散火焰的穩(wěn)定性好，使制備碳納米管的重復性和一致性明顯提高，有望實現產業(yè)化。
文檔編號C01B31/02GK101624184SQ20091013606
公開日2010年1月13日 申請日期2009年4月27日 優(yōu)先權日2009年4月27日
發(fā)明者進 程, 鄒小平 申請人:北京信息科技大學