專利名稱：一種長徑比可調(diào)節(jié)的非晶炭納米管的大規(guī)模制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種長徑比可調(diào)節(jié)的非晶碳納米管的大規(guī)模制備方法，具體地，是利用真空中頻感應熔煉爐大規(guī)模制備非晶碳納米管，是屬于低維納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
自1991年日本S.1ijima正式發(fā)現(xiàn)碳納米管以來(S.1ijima Nature 1991),碳納米管已在全世界范圍內(nèi)引起了各國研究者的廣泛關(guān)注和極大興趣。碳納米管是由碳原子形成的石墨片層卷成的無縫、中空的管體。一般可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。
非晶碳納米管與管壁結(jié)構(gòu)由良好的石墨片層組成的單層和多層碳納米管不同，其管壁是由許多的完全無規(guī)則排列的碳原子所構(gòu)成，其特點是短程有序、長程無序。因此非晶碳納米管在氣體吸附、催化劑載體等應用領(lǐng)域更勝一籌，也更容易進行表面修飾以進一步功能化。因此，對非晶碳納米管的大量、可控、高純制備技術(shù)的研發(fā)顯得非常重要。
目前，已報道的制備非晶碳納米管的方法主要有電弧放電[1-2]、化學氣相沉積[3-4]、熱分解有機物溶劑法[5-6]和電子回旋共振激勵法[7]等等；但是這些方法都存在產(chǎn)量低，能耗高、設(shè)備復雜、必須外加催化劑、必須后處理、長徑比不可調(diào)等復雜問題。還沒見到使用簡單設(shè)備、高效、大規(guī)模、不經(jīng)任何后處理、一步制備長徑比可調(diào)節(jié)的非晶碳納米管的報道
發(fā)明內(nèi)容
針對目前非晶碳納米管材料制備過程中存在的問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種長徑比可調(diào)孔，直接大規(guī)模制備非晶碳納米管材料的制備技術(shù)；該方法包括以下步驟: (1)將聚四氟乙烯粉末與氯化亞鐵按一定質(zhì)量比例混合；其中氯化亞鐵與聚四氟乙烯的質(zhì)量比為1:(8.0-9.5) (2)往混合粉末中加入一定體積的無水乙醇，無水乙醇與混合粉末的體積比為(1-3):1 ; (3)將步驟(2)的料漿倒入球磨罐中，球料質(zhì)量比(2-6):1，球磨2-10小時； (4)將球磨后的料漿過濾，并在60 90°C之間干燥5 12小時； (5)將步驟(4)中干燥后的粉體置入石墨坩堝中，并放進真空中頻感應爐中，真空狀態(tài)下，使用5-80千瓦功率加熱保溫5-30分鐘后，制得非晶碳納米管。
進一步的:所述步驟(3)中，球磨機轉(zhuǎn)速為300r/min。
進一步的:所述步驟(5)中，真空度為0.01兆帕。
本發(fā)明的有益效果在于:制備方法和制備步驟非常簡單，制備過程中的工藝參數(shù)容易控制，一步合成，可實現(xiàn)大量制備。


圖1為制備的非晶碳納米管典型的拉曼光譜示意圖。圖2為8千瓦感應加熱時，非晶碳納米管的表面形貌示意圖。圖3為30千瓦感應加熱時，非晶碳納米管的表面形貌示意圖。圖4為60千瓦感應加熱時，非晶碳納米管(碳納米空心球)的表面形貌示意圖。圖5為非晶碳納米管典型的高分辨透射電鏡示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明 實施例1
本實施例中，所采用的 氯化亞鐵為分析純，聚四氟乙烯為微粉。1、配制原料
準確稱量一定量的氯化亞鐵和聚四氟乙烯微粉，使氯化亞鐵和聚四氟乙烯微粉質(zhì)量比為 1: 9.2。2、球磨預處理
將上述I中原料倒入球磨罐中，加入一定量的氧化鋯球，使球料質(zhì)量比為5:1，再加入一定量的無水乙醇，使無水乙醇與球料的體積比為2:1,設(shè)定球磨機轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分鐘,球磨8小時后用濾網(wǎng)過濾出氧化鋯球；
3、烘干處理
將上述2中的原料放入烘箱中，70度干燥10小時
4、中頻感應制備非晶碳納米管
將上述3中的原料，裝入石墨坩堝中，并放置在真空感應爐里面，抽真空至0.0lMpa, 8千瓦功率加熱10分鐘，保溫20分鐘，然后自然降溫至室溫；取出黑色粉末，即制得非晶碳納米管，其典型的形貌如圖2，圖5。直徑30-120納米，長度10-20微米。實施例2
準確稱量一定量的氯化亞鐵和聚四氟乙烯微粉，使氯化亞鐵和聚四氟乙烯微粉質(zhì)量比為1: 8.8，其余步驟同實施例1，同樣也得到尺寸和形貌類似的非晶碳納米管。實施例3
將實施例1，經(jīng)過步驟3處理后的原料，裝入石墨坩堝中，并放置在真空感應爐里面，抽真空至0.0lMpa, 30千瓦功率加熱6分鐘，保溫20分鐘，然后自然降溫至室溫；取出黑色粉末，即制得非晶碳納米管，其典型的形貌如圖3，直徑30-120納米，長度1-2微米。實施例4
將實施例1，經(jīng)過步驟3處理后的原料，裝入石墨坩堝中，并放置在真空感應爐里面，抽真空至0.0lMpa,60千瓦功率加熱4分鐘，保溫20分鐘，然后自然降溫至室溫；取出黑色粉末，即制得形貌奇特的非晶碳納米管，也稱非晶碳納米空心球，其典型的形貌如圖4，直徑60-120納米，長度100-200納米
從以上4個實施例可以看出，只要在制備過程中使得各種參數(shù)，如配制原料配比、功率和時間保持在一定范圍內(nèi)，就可以可控大量制備非晶碳納米管。在具體實施過程中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員都能按照原料的配比范圍以及中頻感應加熱時的工藝參數(shù)范圍進行具體的實施，不以本發(fā)明所給出的上述四個實施例為限。
以上通過四個實施例對本發(fā)明進行了詳細的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應當理解，在不超過本發(fā)明精神和實質(zhì)范圍內(nèi)，本本發(fā)明做出一定的修改和變形，比如采用不同的功率和升溫及保溫時間等不同工藝參數(shù)，仍能實現(xiàn)本發(fā)明所述之結(jié)果，而不脫離本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種長徑比可調(diào)節(jié)的非晶炭納米管的大規(guī)模制備方法，所述方法包括如下步驟: (1)將聚四氟乙烯粉末與氯化亞鐵按一定質(zhì)量比例混合；其中氯化亞鐵與聚四氟乙烯的質(zhì)量比為1:(8.0-9.5) (2)往混合粉末中加入一定體積的無水乙醇，無水乙醇與混合粉末的體積比為(1-3):1 ; (3)將步驟(2)的料漿倒入球磨罐中，球料質(zhì)量比(2-6):1，球磨2-10小時； (4)將球磨后的料漿過濾，并在60 90°C之間干燥5 12小時； (5)將步驟(4)中干燥后的粉體置入石墨坩堝中，并放進真空中頻感應爐中，真空狀態(tài)下，使用5-80千瓦功率加熱保溫5-30分鐘后，制得非晶碳納米管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(3)中，球磨機轉(zhuǎn)速為300r/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的方法，其特征在于:所述步驟(5)中，真空度為0.01兆帕。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種長徑比可調(diào)節(jié)的非晶碳納米管的大規(guī)模制備方法，具體地，是利用真空中頻感應熔煉爐大規(guī)模制備非晶碳納米管，是屬于低維納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。方法如下將氯化亞鐵和聚四氟乙烯原料球磨，采用5-80千瓦的功率，保溫5-30分鐘，反應結(jié)束后，黑色產(chǎn)物即為非晶碳納米管。所述的氯化亞鐵與聚四氟乙烯的質(zhì)量比是1(8.0-9.5)。本發(fā)明的有益效果在于制備方法和制備步驟非常簡單，制備過程中的工藝參數(shù)容易控制，一步合成，可實現(xiàn)大量制備。
文檔編號C01B31/02GK103172052SQ20131015097
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者燕青芝, 夏敏, 郎少庭, 葛昌純 申請人:北京科技大學