基于不同方法的單壁碳納米管選擇性分離.pdf

1、單壁碳納米管(Single-Walled Carbon Nanotubes，SWCNTs)具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)性能，因此具有非常大的潛力應(yīng)用于納米器件、傳感器、透明導(dǎo)電薄膜和復(fù)合材料等領(lǐng)域。但目前通過正常的制備方法還無法得到單一導(dǎo)電屬性和電子結(jié)構(gòu)的SWCNTs。因此，如何快速有效地分離金屬性(m)-SWCNTs和半導(dǎo)體性(s)-SWCNTs，并且得到高純度的s-SWCNTs和各種手性的SWCNTs，成為當(dāng)前碳納米管研究工作所面臨的

2、巨大挑戰(zhàn)。共軛聚合物的選擇性分離是一種重要的分離手段，主要是通過SWCNTs與聚合物之間的π-π相互作用進(jìn)行分離，用于分離SWCNTs的聚合物可以分為三類:芴基聚合物、噻吩基聚合物和咔唑基聚合物，此方法可以得到高純度的s-SWCNTs，這對諸多高端科技領(lǐng)域的傳感器、電子器件、場效應(yīng)晶體管(FETs)是極其重要的。另外，利用雙水相法分離SWCNTs，分離過程中不會破壞SWCNTs的本征結(jié)構(gòu)，并且設(shè)備簡易、流程簡單、方便、時間短，有望實(shí)現(xiàn)S

3、WCNTs的宏量分離，具有很好的發(fā)展前景。
　　本文研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)首先選取四種不同種類的原始SWCNTs，利用熱重分析(TG)、場發(fā)射電子顯微鏡(SEM)、紫外-可見光-紅外(UV-vis-IR)吸收光譜、Raman光譜和原子力顯微鏡(AFM)表征方法對碳管原料進(jìn)行定性的表征，了解每種SWCNTs的基本特征，選擇HiPCO和arc-SWCNTs作為接下來分離的原料碳管。
　　(2)基于共軛聚合物的非共

4、價鍵選擇性分離，設(shè)計合成了三種基于咔唑的共軛聚合物。首先探究了不同溶劑對聚合物分散arc-SWCNTs的影響，我們發(fā)現(xiàn)在極性最大的四氫呋喃中分散的SWCNTs濃度最高但沒有選擇性;在極性適中的鄰二甲苯中，可以分離出高純度的s-SWCNTs;在極性比較小的甲苯中，分散劑對SWCNTs溶解度最小，但對s-SWCNTs有一定的選擇性。原因主要是不同極性的溶劑，導(dǎo)致高分子量的聚合物在溶液中改變自身構(gòu)型。然后探究了不同結(jié)構(gòu)的共軛聚合物對分散arc

5、-SWCNTs的影響，發(fā)現(xiàn)PCO對半導(dǎo)體碳管的選擇性最好，PCP對半導(dǎo)體碳管的選擇性也非常好，并且它更傾向于選擇直徑較小的s-SWCNTs，而PCBP對s-SWCNTs的選擇性最差。原因是吡啶結(jié)構(gòu)的加入影響聚合物的幾何構(gòu)型和聚合物與SWCNTs之間的能量匹配。
　　(3)采取雙水相分離法，利用幾種不同的表面活性劑，成功分離了不同導(dǎo)電屬性的arc-SWCNTs和不同導(dǎo)電屬性、直徑、窄手性的HiPCO-SWCNTs。首先利用膽酸鈉(S

6、C)、十二烷基硫酸鈉(SDS)和硫氰化鈉(NaSCN)鹽在20℃下分離s/m-SWCNTs，闡述了二次分離的方法提純SWCNTs和兩種富集碳管的方法，以及擴(kuò)大濃度、體積的可實(shí)施性?；赟C和脫氧膽酸鈉(DOC)的ATP體系對HiPCO-SWCNTs的選擇性不同，進(jìn)行SC、SDS以及NaSCN對s/m-SWCNTs表面親疏水性調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了HiPCO-SWCNTs的m/s分離。隨后進(jìn)一步通過精確控制DOC和SDS表面活性劑濃度，聯(lián)合連續(xù)多步