專利名稱：碳納米材料分散液及其制備方法、碳納米材料結(jié)構(gòu)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳納米材料分散液及其制備方法和碳納米材料結(jié)構(gòu)體。
背景技術(shù)：
開發(fā)使碳納米管分散的簡單方法對碳納米管在各個領(lǐng)域中的利用以及對碳納米 管的物性的詳細了解有著極為重要的作用。特別是對于具備根據(jù)手性指數(shù)(n，m)而顯示金 屬或半導體性質(zhì)這種饒有趣味的電氣特性的單層碳納米管(SWNTs)是很重要。但是，碳納米管由于強范德華引力而極易凝聚成束狀或繩索狀，這妨礙了作為納 米材料的使用。因此，為了使單層碳納米管分散于溶劑之中，已經(jīng)披露了包含表面活性劑、 卟啉、多環(huán)芳香烴、DNA、肽和多糖類等在內(nèi)的各種分散介質(zhì)(非專利文獻1 10)。另外， 認為碳納米管的順利分散也和適應(yīng)粗細或手性的選擇性分離有關(guān)(非專利文獻11 13)。在現(xiàn)有的碳納米管分散方法中，為了有效地分散，需要使用焊接(* 一 > )型大功 率超聲波發(fā)生器來處理含有分散劑的單層碳納米管懸濁液。然而，倘若施加這種強有力的 處理，單層碳納米管的固有特性就會受損。因此，一直在尋求通過更加緩和的處理高效分散 碳納米管的方法。非專禾Ij文獻 1 :M.J.O，Connell，S. M.Bachilo，C. B. Huffman，V.C.Moore， Μ. S. Strano, Ε. H. Haroz, K. L. Rialon, P. J. Boul, W. H. Noon, C. Kittrell, J. Ma, R. H. Hauge, R. B. ffeisman, R. E. Smalley, Science 297 (2002)593。非專利文獻2 :Y. Lin, S. Taylor, H. Li, K. A. S. Fernando, L. Qu, W. Wang, L. Gu, B. Zhou, Y. -P. Sun :J. Mater. Chem. 14 (2004) 527。非專利文獻 3 :V. C. Moore, M. S. Strano, E. H. Haroz, R. H. Hauge, R. E. Smalley Nano Lett. 3(2003) 1379。非專利文獻4 :H. Li, B. Zhou, Y. Lin, L. Gu, W. Wang, K. A. S. Fernando, S. Kumar, L. F. Allard, Y. -P. Sun :J. Am. Chem. Soc. 126 (2004) 1014。非 專禾丨J 文獻 5 :Y. Tomonari, H. Murakami, N. Nakashima :Chem. Eur. J. 12(2006)4027。非專禾Ij 文獻 6 :G. Nakamura, K. Narimatsu, Y. Niidome, N. Nakashima Chem. Lett. 36(2007) 1140。# # ^lJ i K 7 :N. Nakashima, S. Okuzono, H. Murakami, Τ. Nakai, K. Yoshizawa Chem. Lett. 32(2003)456。非專利文獻 8 :Μ. Zheng, Α. Jagota, Ε. D. Semke, B. Α. Diner, R. S. Mclean, S. R. Lustig, R. Ε. Richardson, N. G. Tassi :Nature Mater. 2 (2003) 338。
非專利文獻 9 :A. 0. -Acevedo, H. Xie, V. Zorbas, W. Μ. Sampson, Α. B. Dalton, R. H. Baughman , R. K. Draper, I. H. Musselman, G. R. Dieckmann J. Am. Chem. Soc.127 (2005)9512ο非專利文獻10 :T. Takahashi, C. R. Luculescu, K. Uchida, Τ. Ishii, H. Yajima Chem. Lett. 34(2005) 1516。非專利文獻11 :N. Minami，Y. Kim, K. Miyashita, S. Kazaoui，B. Nalini =Appl. Phys.Lett. 88(2006)093123。非專利文獻 12 :M. Zheng, A. Jagota, Μ. S. Strano, Α. P. Santos, P. Barone, S. G. Chou, B. Α. Diner, Μ. S. Dresselhaus, R. S. Mclean, G. B. Onoa, G. G. Samsonidze, Ε. D. Semke, Μ. Usrey, D. J. Walls =Science 302 (2003) 1545。非專禾丨J 文獻 13 :R. Krupke, F. Hennrich, H. V. Lohneysen, Μ. Μ. Kappes :Science 301(2003)344。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題而進行的，本發(fā)明的一個目的在于提供一種 通過溫和的處理制備分離成單根的碳納米材料的分散液的方法。并且，發(fā)明的另一個目的 是提供一種以分離成單個的狀態(tài)分散的碳納米材料的分散液。為了解決上述問題，本發(fā)明的碳納米材料分散液的制備方法的特征在于，包括把 碳納米材料和含有具有雙親和性的三亞苯衍生物的分散介質(zhì)混合而調(diào)制組合物的步驟；以 及對上述組合物進行物理分散處理的步驟。在調(diào)制上述組合物的步驟中，優(yōu)選分多次將所需量的上述分散介質(zhì)添加到上述碳 納米材料中。并且，優(yōu)選反復進行向碳納米材料添加上述分散介質(zhì)所需量的1/3 1/10分 散介質(zhì)的步驟以及進行物理分散處理的步驟。根據(jù)該制備方法，含于分散介質(zhì)中的三亞苯衍生物會優(yōu)先吸附在碳納米材料上， 其雙親和性可使碳納米材料溶解，通過對所得組合物進行物理分散處理，就可以容易地獲 得以各自孤立的狀態(tài)分散的碳納米材料的分散液。另外，通過對這樣獲得的分散液進行超速離心分離處理等，就可以容易地除去無 定形碳、碳粒子等雜質(zhì)和碳納米管的凝聚物。優(yōu)選上述三亞苯衍生物是半導體。若采用這樣的制備方法，由于碳納米材料以吸 附著作為半導體的三亞苯衍生物的狀態(tài)分散在分散介質(zhì)中，獲得的碳納米材料分散液就特 別適于制備半導體元素制造用碳納米材料。優(yōu)選上述分散介質(zhì)含有式(1)所示結(jié)構(gòu)式的上述三亞苯衍生物。其中，Rl R6是 氫或式(2)所示結(jié)構(gòu)式的取代基，其中至少一個是式(2)所示的取代基，式(2)中所示的A 是烷基鏈，X是具有親水性的基團。在該制備方法中所使用的三亞苯衍生物中，由于中央的三亞苯骨架部會優(yōu)先吸附 于碳納米材料的周壁上，這樣就可以獲得碳納米材料的分散性優(yōu)異的碳納米材料分散液。 另外，在三亞苯骨架部的側(cè)鏈處設(shè)計的烷基鏈盤繞著吸附在碳納米材料上，按照其長度顯 示對特定粗細(手性系數(shù))的碳納米材料的親和性。因此，通過使用式(1)所顯示的三亞 苯衍生物，就可以容易地制備出含有特定粗細(手性系數(shù))的碳納米材料的碳納米材料分
6散液。[化學式1]
權(quán)利要求
一種碳納米材料分散液的制備方法，其特征在于，包括把碳納米材料和含有具有雙親和性的三亞苯衍生物的分散介質(zhì)混合而調(diào)制組合物的步驟；以及對所述組合物進行物理分散處理的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米材料分散液的制備方法，其特征在于，所述三亞苯衍 生物是半導體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳納米材料分散液的制備方法，其特征在于， 所述分散介質(zhì)含有具有式(1)所示結(jié)構(gòu)的所述三亞苯衍生物，其中，Rl R6是氫或式(2)所示結(jié)構(gòu)式的取代基，且Rl R6中至少一個是式(2)所 示的取代基，式(2)所示的A是烷基鏈，X是具有親水性的基團， [化學式1][化學式2] -O-A-X (2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳納米材料分散液的制備方法，其特征在于，所述三亞苯衍 生物的所述Rl R6中的每一個都是式(2)所示的取代基，所述Rl R6各自所含的烷基 鏈的長度相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳納米材料分散液的制備方法，其特征在于， 所述分散介質(zhì)含有具有式(3)所示結(jié)構(gòu)的多環(huán)芳香烴，其中，R7 R14是氫或式(2)所示的結(jié)構(gòu)式的取代基，且R7 R14中至少一個是式(2) 所示的取代基，式(2)中所示的A是烷基鏈，X是具有親水性的基團， [化學式3][化學式4] -O-A-X (2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳納米材料分散液的制備方法，其特征在于，所述多環(huán)芳香烴的所述R7 RlO中的每一個都是式(2)所示的取代基，所述R7 RlO各自所含有的烷 基鏈的長度相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的碳納米材料分散液的制備方法，其特征在于，在所述分散 介質(zhì)中含有所述烷基鏈的長度不同的多種所述三亞苯衍生物或所述多環(huán)芳香烴。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的碳納米材料分散液的制備方法，其特征在于， 所述X是選自于羧基、磺酸基、磷酸基中一種以上的酸性基團或其鹽，或者是氨基或取代氨基。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的碳納米材料分散液的制備方法，其特征在于，所 述物理分散處理是使用浴式超聲波照射裝置的處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的碳納米材料分散液的制備方法，其特征在于， 所述碳納米材料是單層或多層碳納米管。
11.一種碳納米材料分散液，其特征在于，使碳納米材料分散在含有具有雙親和性的三 亞苯衍生物的分散介質(zhì)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的碳納米材料分散液，其特征在于，所述三亞苯衍生物是半 導體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的碳納米材料分散液，其特征在于，所述分散介質(zhì)含有 式(1)所示結(jié)構(gòu)式的所述三亞苯衍生物，其中，Rl R6為氫或式(2)所示結(jié)構(gòu)式的取代基，且Rl R6中至少一個為式(2)所 示的取代基，式(2)中所示的A是烷基鏈，X是具有親水性的基團， [化學式5]
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的碳納米材料分散液，其特征在于，所述三亞苯衍生物的所 述Rl R6中的每一個都是式(2)所示的取代基，所述Rl R6各自所含有的烷基鏈的長 度相同。
15.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的碳納米材料分散液，其特征在于，所述分散介質(zhì)含有 式(3)所示結(jié)構(gòu)式的多環(huán)芳香烴，其中，R7 R14是氫或式(2)所示結(jié)構(gòu)式的取代基，且R7 R14中至少一個是式(2) 所示的取代基，式(2)中所示的A是烷基鏈，X是具有親水性的基團， [化學式7]
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的碳納米材料分散液，其特征在于，所述多環(huán)芳香烴的所述 R7 RlO中的每一個都是式(2)所示的取代基，所述R7 RlO各自所含的烷基鏈的長度相同。
17.根據(jù)權(quán)利要求14或16所述的碳納米材料分散液，其特征在于，在所述分散介質(zhì)中 含有所述烷基鏈的長度不同的多種所述三亞苯衍生物或者所述多環(huán)芳香烴。
18.根據(jù)權(quán)利要求12至17中任一項所述的碳納米材料分散液，其特征在于，所述X是 選自于羧基、磺酸基、磷酸基中一種以上的酸性基團或其鹽，或者是氨基或取代氨基。
19.根據(jù)權(quán)利要求12至18中任一項所述的碳納米材料分散液，其特征在于，所述碳納 米材料是單層或多層碳納米管。
20.一種碳納米材料結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述碳納米材料結(jié)構(gòu)體是通過干燥固化根據(jù) 權(quán)利要求11至19中任一項所述的碳納米材料分散液而形成的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過溫和的處理制備分離成單根的碳納米材料的分散液的方法。本發(fā)明的碳納米材料分散液的制備方法的特征在于，包括將碳納米材料和含有具有雙親和性的三亞苯衍生物的分散介質(zhì)混合并調(diào)制組合物的步驟；以及對該組合物進行物理分散處理的步驟。
文檔編號C01B31/02GK101945822SQ200980104968
公開日2011年1月12日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月14日
發(fā)明者丸山茂夫, 加藤大, 宮內(nèi)雄平, 山本竜広, 相田卓三, 福島孝典 申請人:國立大學法人東京大學