一種碳納米管微珠的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳納米管微珠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料，理論上能夠看成是片狀石墨烯卷成的圓筒，可分為多壁碳納米管和單壁碳納米管。自它在1991年被Iijima發(fā)現(xiàn)以來，由于擁有非凡的物理化學(xué)性能、機(jī)械特性及熱穩(wěn)定性，引起了科學(xué)界的廣泛研宄。碳納米管具有獨(dú)特的空心結(jié)構(gòu)、納米尺寸、異常高的縱橫比以及較大的比表面積等優(yōu)異的性能，使得其在諸多領(lǐng)域如高靈敏度傳感器、晶體管等電子設(shè)備，太陽能電池，催化，環(huán)境領(lǐng)域和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)等有各種各樣的應(yīng)用。
[0003]三維的CNTs作為一種新型的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)引起了大家的高度重視。JeongeunSeo等通過熱化學(xué)氣相沉積的方法在Si柱模板間制備出三維CNTs網(wǎng)絡(luò)，并通過原子層沉積在Si柱上同軸涂覆Al2O3來防止CNTs在微流控芯片中的聚集。Fengyu Zhou等利用Co納米粒子作為種子通過化學(xué)沉積將打開端口的CNTs原位生長在活性炭基質(zhì)上，從而得到納米管和活性炭的三維分層混合結(jié)構(gòu)，可用于高性能超級電容器。通過溫和的相變方法，Xiaowei Ma等制備出三維的花朵狀β -Ni (OH)2/G0/CNTs復(fù)合材料；通過表面活性劑介導(dǎo)聚合，Mahvash Zuberi等制備出三維結(jié)構(gòu)的碳納米管微球。Xiaojun Chen等先以S12為模板通過化學(xué)聚合得到自摻雜的聚苯胺和3102復(fù)合微球，然后加入聚二烯丙基二甲基氯化銨通過靜電吸附將金納米粒子和氧化處理過的CNTs修飾于微球上，除去模板后得到金納米粒子/碳納米管/自摻雜聚苯胺空心球。通過兩步法，Zhengju Zhu等制備出有序介孔碳/碳納米管復(fù)合材料三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。此外，Javed H.Niazi等將帶有氨基的磁性微球作為種子加入到碳納米管水性懸浮液中制備出了三維結(jié)構(gòu)的碳納米管磁性微球；Yue Li等利用濕化學(xué)自組裝技術(shù)進(jìn)行組裝然后用氟硅烷對表面進(jìn)行后處理制備出修飾有碳納米管的具有仿生超疏水表面的分級微納米結(jié)構(gòu)。
[0004]在過去幾年里，微流控技術(shù)得到的單分散微珠被廣泛用于制備三維光子晶體膠體珠、光子晶體比色傳感膜、生物載體編碼和腫瘤標(biāo)志物的多重監(jiān)測等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有制備三維結(jié)構(gòu)的碳納米管微球的方法復(fù)雜，微珠粒徑不均一的問題，而提供一種碳納米管微珠的制備方法。
[0006]本發(fā)明碳納米管微珠的制備方法按下列步驟實(shí)現(xiàn):
[0007]一、將羧基化碳納米管干粉溶于去離子水中，超聲處理均勻配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%?4%的分散相溶液；
[0008]二、將分散相溶液倒入微流控裝置中的注射器中，將二甲基硅油倒入聚丙烯材質(zhì)的圓形接收器中，完成原料試劑的填裝；
[0009]三、使用注射泵作為推動力得到碳納米管/水液滴，將碳納米管/水液滴滴入到旋轉(zhuǎn)的圓形接收器中，其中圓形接收器中的二甲基硅油的溫度為60?70°C，保持旋轉(zhuǎn)12?24h，得到初始微珠；
[0010]四、將初始微珠采用分步升溫加熱法進(jìn)行固化；所述的分步升溫加熱法具體按以下步驟進(jìn)行:將初始微珠在溫度為80°c?100°C下加熱2h?3h，再在溫度為150°C下加熱1h?12h，最后在溫度為280°C下加熱1.5h?2h，得到固化完全的微珠；
[0011]五、將步驟四得到的固化完全的微珠置于馬弗爐中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下以700?750°C的高溫保持1.5?2h，即得到碳納米管微珠。
[0012]本發(fā)明將羧基化的碳納米管和去離子水混合經(jīng)超聲處理配制成具有一定黏度的分散相溶液，通過微流控裝置，以二甲基硅油作為流動相，羧基化碳納米管混合溶液作為分散相來制備碳納米管微珠，再將微珠進(jìn)行固化和煅燒處理，得到最終的三維狀碳納米管微珠。該方法新穎獨(dú)特，操作簡單，過程安全可靠對環(huán)境友好，通過改變注射器的推進(jìn)速率或改變針頭直徑能夠控制碳納米管微珠的尺寸，使碳納米管微珠的粒徑均一。
【附圖說明】
[0013]圖1為實(shí)施例一得到的碳納米管微球的SEM圖；
[0014]圖2為實(shí)施例一得到的碳納米管微球表面的SEM圖；
[0015]圖3為實(shí)施例一得到的碳納米管微球的XRD圖；
[0016]圖4為實(shí)施例一得到的碳納米管微球的循環(huán)伏安(CV)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0017]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式碳納米管微珠的制備方法按下列步驟實(shí)施:
[0018]一、將羧基化碳納米管干粉溶于去離子水中，超聲處理均勻配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%?4%的分散相溶液；
[0019]二、將分散相溶液倒入微流控裝置中的注射器中，將二甲基硅油倒入聚丙烯材質(zhì)的圓形接收器中，完成原料試劑的填裝；
[0020]三、使用注射泵作為推動力得到碳納米管/水液滴，將碳納米管/水液滴滴入到旋轉(zhuǎn)的圓形接收器中，其中圓形接收器中的二甲基硅油的溫度為60?70°C，保持旋轉(zhuǎn)12?24h，得到初始微珠；
[0021]四、將初始微珠采用分步升溫加熱法進(jìn)行固化；所述的分步升溫加熱法具體按以下步驟進(jìn)行:將初始微珠在溫度為80°C?100°C下加熱2h?3h，再在溫度為150°C下加熱1h?12h，最后在溫度為280°C下加熱1.5h?2h，得到固化完全的微珠；
[0022]五、將步驟四得到的固化完全的微珠置于馬弗爐中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下以700?750°C的高溫保持1.5?2h，即得到碳納米管微珠。
[0023]本實(shí)施方式微流控裝置由注射泵、I號注射器、2號注射器、PP材質(zhì)接收器和PTFE管構(gòu)成，I號注射器中裝有分散相溶液，2號注射器中裝有二甲基硅油，注射器固定在注射泵上，用兩根PTFE管分別連接兩個注射器的注射口，兩根PTFE管之間用帶有針頭的三通相連，然后將與2號注射器連接的PTFE管引入到PP材質(zhì)接收器中。
[0024]利用本實(shí)施方式碳納米管微珠的制備方法能夠制備出尺寸為2?400 μm的碳納米管微珠。步驟三使用注射泵作為推動力得到碳納米管/水液滴，液滴在針頭處形成，保持液滴球形形狀進(jìn)入聚丙烯材質(zhì)的圓筒形接收器中，初始微珠在圓形接收器旋轉(zhuǎn)的過程中伴隨著固化進(jìn)行。通過改變針頭直徑能夠控制微珠尺寸。用注射泵推動注射器，推速穩(wěn)定情況下從針頭處得到大小均一的液滴。
[0025]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】