專利名稱：制造含碳納米管材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造含有單壁碳納米管并且發(fā)射近紅外區(qū)熒光的含碳納米管材料的方法。
背景技術(shù)：
碳納米管是一種呈圓柱形式的物質(zhì)，其通過(guò)多個(gè)由碳原子組成的六元環(huán)鍵合而成。普通的碳納米管具有包含一些五元環(huán)的閉合構(gòu)造，被分類為由多層成鍵碳原子組成的、呈多壁圓柱體形式的多壁碳納米管，以及呈單壁圓柱體形式的單壁碳納米管。已知分離的單壁碳納米管發(fā)射近紅外區(qū)熒光，并且人們已經(jīng)注意到單壁碳納米管作為近紅外光發(fā)射材料進(jìn)行應(yīng)用的可能性。發(fā)射近紅外區(qū)熒光的含碳納米管材料的制造例子包括，在基底上從柱狀突出部分的頭部合成單壁碳納米管的方法，以及在空氣中形成呈蛛網(wǎng)形的單壁碳納米管網(wǎng)狀物。作為一個(gè)比較容易的制造實(shí)例，已知是通過(guò)在溶劑中逐一地分散單壁碳納米管，產(chǎn)生的溶液也發(fā)射近紅外區(qū)熒光。
商品碳納米管呈由聚集的單壁碳納米管集簇組成的松散體形式，并且碳納米管集簇不發(fā)射近紅外熒光。因此，為了制備發(fā)射近紅外熒光的碳納米管溶液，有必要由碳納米管松散材料制備出一種溶液，其中個(gè)體單壁碳納米管是分散的。日本專利No.3751016和日本專利申請(qǐng)公開No.2006-64693公開了制備含有分散的單壁碳納米管溶液的技術(shù)，并且公開了通過(guò)干燥所產(chǎn)溶液中的溶劑制造薄膜的技術(shù)。通過(guò)限制薄膜所含單壁碳納米管的類型，可以制造出發(fā)射特定波長(zhǎng)范圍光的近紅外光發(fā)射材料。
在常規(guī)方法中，碳納米管通過(guò)與表面活性劑比如十二烷基硫酸鈉(SDS)混合而溶液化，并且重水中的碳納米管松散材料，碳納米管通過(guò)超聲波分散在溶液中，并且通過(guò)超離心分離機(jī)離心分離溶液，得到上清液。該溶液中，碳納米管通過(guò)表面活性劑的作用形成膠束，并且穩(wěn)定地分散。因?yàn)槎啾谔技{米管和碳納米管集簇的比重要比重水大，并且單壁碳納米管的比重要比重水輕，可以通過(guò)離心分離分離出作為上清液的含有分散的單壁碳納米管的溶液。有可能制備出含有單壁碳納米管分散于溶劑中的溶液，并制造出含有來(lái)自經(jīng)分離后上清液的單壁碳納米管的薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
在制備含有分散的單壁碳納米管的溶液的常規(guī)方法中，需要昂貴的設(shè)備、超離心分離機(jī)，并且還要將昂貴的重水用作溶劑。這樣，存在著制備溶液昂貴的問(wèn)題。此外，為了保持各個(gè)單壁碳納米管處于分散狀態(tài)的同時(shí)，精確地進(jìn)行離心分離，溶液中單壁碳納米管濃度需要小到某種程度，這樣就存在著難以制備含有高濃度的經(jīng)分散的單壁碳納米管的溶液的問(wèn)題。當(dāng)通過(guò)濃縮所產(chǎn)溶液制造薄膜時(shí)，分散于溶液的單壁碳納米管間的距離降低，因此單壁碳納米管發(fā)生聚集并且再次形成集簇。甚至當(dāng)單壁碳納米管分散在薄膜中時(shí)，單壁碳納米管在薄膜中的聚集要經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程。這樣，存在著難以制造確保發(fā)射近紅外熒光的薄膜的問(wèn)題。
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題，目的在于提供一種制造含碳納米管材料的方法，其通過(guò)借助于非重水溶劑分離單壁碳納米管，能夠以低成本制造含碳納米管材料，無(wú)需進(jìn)行離心分離。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種制造含碳納米管材料的方法，通過(guò)使用能抑制單壁碳納米管聚集的增溶劑，即使當(dāng)單壁碳納米管濃度很高，該含碳納米管材料也必然發(fā)射近紅外熒光。
根據(jù)第一個(gè)方面的制造含碳納米管材料的方法，其特征在于，通過(guò)在溶劑中將含有聚集的單壁碳納米管集簇的碳納米管松散材料和用于使單壁碳納米管溶解于溶劑中的增溶劑相混合，以制備出一種溶液；使得被增溶劑溶解并從集簇中分離出的單壁碳納米管分散于溶液中；以及使用過(guò)濾器過(guò)濾含有經(jīng)分散的單壁碳納米管的溶液以制備出碳納米管溶液。
第一方面中，被增溶劑溶解的單壁碳納米管分散于溶液中，使用過(guò)濾器過(guò)濾含有經(jīng)分散的單壁碳納米管的溶液，這樣可以不借助離心分離制備出含有經(jīng)分散的單壁碳納米管的碳納米管溶液。借助于過(guò)濾，即使當(dāng)增溶劑濃度較高時(shí)，或者即使當(dāng)溶液粘度較高時(shí)，也可以制備出含有經(jīng)分散的單壁碳納米管的碳納米管溶液。
根據(jù)第二個(gè)方面制造含碳納米管材料的方法，其特征在于，所述過(guò)濾器的孔徑大小是能讓經(jīng)溶解并從集簇中分離的單壁碳納米管通過(guò)，而不讓集簇和多壁碳納米管通過(guò)。
在第二方面中，所使用的過(guò)濾器的孔徑大小是能夠使單壁碳納米管通過(guò)而不使聚集的單壁碳納米管集簇和多壁碳納米管通過(guò)，可以將單壁碳納米管分離到成最終的碳納米管溶液中。此外，通過(guò)適當(dāng)選擇過(guò)濾器的孔徑，可以制備出含長(zhǎng)度等于或小于一定長(zhǎng)度的單壁碳納米管的碳納米管溶液。
根據(jù)第三方面的制造含碳納米管材料的方法，其特征在于，增溶劑是具有使碳納米管溶解于溶劑中的性質(zhì)的高分子。
在第三方面中，因?yàn)橛糜谌芙馓技{米管的高分子被用作增溶劑，而由單壁碳納米管和高分子組成一種復(fù)合材料，因此單壁碳納米管得以溶解。
根據(jù)第四個(gè)方面的制造含碳納米管材料的方法，其特征在于，增溶劑是羧甲基纖維素。
在第四方面中，因?yàn)槌舒湢罡叻肿拥聂燃谆w維素(CMC)被用作增溶劑，而由單壁碳納米管和CMC組成一種復(fù)合材料，因此單壁碳納米管得以溶解。
根據(jù)第五個(gè)方面制造含碳納米管材料的方法，其特征在于，將碳納米管溶液滴在或施涂于板上；并通過(guò)干燥在板上的碳納米管溶液制造出含有碳納米管薄膜。
在第五方面中，通過(guò)在板上滴加或者施涂所產(chǎn)生的碳納米管溶液并且進(jìn)行干燥，可以制造出含有碳納米管薄膜，其含有經(jīng)分散的單壁碳納米管。
根據(jù)第六個(gè)方面制造含碳納米管材料的方法，其特征在于，通過(guò)將碳納米管溶液經(jīng)噴霧干燥，制造含有碳納米管的粉末。
在第六個(gè)方面中，通過(guò)將所產(chǎn)生的碳納米管溶液經(jīng)噴霧干燥以使溶劑揮發(fā)，可以制造出含有碳納米管的粉末，其含有經(jīng)分散的單壁碳納米管。
根據(jù)第七個(gè)方面制造含碳納米管材料的方法，其特征在于，通過(guò)從微孔注射碳納米管溶液并且干燥碳納米管溶液，制造出含纖維狀碳納米管材料。
在第七個(gè)方面中，通過(guò)從微孔注射碳納米管溶液以使溶劑揮發(fā)，可以制造出含纖維狀碳納米管材料，其含有經(jīng)分散的單壁碳納米管。
根據(jù)第八個(gè)方面制造含碳納米管材料的方法，其特征在于，溶液中增溶劑的濃度基本上是2wt％以上。
在第八個(gè)方面中，使溶液中增溶劑濃度增加至大約2％以上，可以容易地將多個(gè)單壁納米管分離進(jìn)入碳納米管溶液中。此外，因?yàn)樘技{米管溶液粘度較高，可以容易地增加由碳納米管溶液得到的含碳納米管薄膜的厚度。
在第一和第二方面中，通過(guò)使用能夠?qū)伪谔技{米管與碳納米管集簇和多壁碳納米管分離的過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，可以制備出含有經(jīng)分散的單壁碳納米管的碳納米管溶液而無(wú)需使用離心分離。因此，沒有必要使用諸如昂貴的超離心分離機(jī)等設(shè)備，并且可以使用不昂貴的水作為溶劑。如此可以以低成本制備發(fā)射近紅外熒光的碳納米管溶液。此外，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇過(guò)濾器孔徑，可以控制碳納米管溶液中所含單壁碳納米管長(zhǎng)度，使其等于或小于一定長(zhǎng)度。這樣可以抑制單壁碳納米管的再聚集，并且抑制近紅外熒光發(fā)射強(qiáng)度的降低。
在第三和第四個(gè)方面中，因?yàn)閺?fù)合材料由高分子(比如CMC)和單壁碳納米管組成，而單壁碳納米管被溶解，并且即使當(dāng)單壁碳納米管濃度變得更高時(shí)，高分子也不容易與單壁碳納米管分離，并且可以通過(guò)單壁碳納米管的聚集抑制碳納米管集簇的形成。這樣可以在含有碳納米管的材料中得到高濃度的單壁碳納米管。
在第五個(gè)方面中，在制造含碳納米管薄膜時(shí)，因?yàn)槭箚伪谔技{米管溶液化的高分子(比如CMC)抑制單壁碳納米管的聚集，薄膜含有多個(gè)以分散方式存在的單壁碳納米管。這樣可以制造出必然能夠觀測(cè)到近紅外熒光的含碳納米管薄膜。因此，制造的含碳納米管薄膜可以用作發(fā)射近紅外熒光的近紅外光發(fā)射材料。具體說(shuō)，通過(guò)制造含特定結(jié)構(gòu)單壁碳納米管的含碳納米管薄膜，可以制造出發(fā)射特定范圍波長(zhǎng)光的近紅外光發(fā)射材料。
在第六個(gè)方面，所制造的含碳納米管粉末也含有多個(gè)以分散形態(tài)存在的單壁碳納米管，并且可用作發(fā)射近紅外熒光的材料。因?yàn)楹刑技{米管的粉末含有高濃度單壁碳納米管，可以提高近紅外熒光強(qiáng)度。
在第七個(gè)方面，所制造的含纖維狀碳納米管材料也含有多個(gè)以分散形態(tài)存在的單壁碳納米管，并且可用作發(fā)射近紅外熒光的材料。因?yàn)楹w維狀碳納米管材料的粉末含有高濃度單壁碳納米管，可以提高近紅外熒光強(qiáng)度。
在第八個(gè)方面中，通過(guò)使多個(gè)單壁碳納米管從碳納米管集簇中分離出來(lái)，并且可以容易地制造出含有高濃度單壁碳納米管的含碳納米管材料。此外，因?yàn)樘技{米管溶液粘度較高，可以容易地由碳納米管溶液形成厚度增加的含碳納米管薄膜，并且這樣使本發(fā)明具有有益效果，比如進(jìn)一步提高了近紅外熒光的強(qiáng)度。
由以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明，可以更充分地明了本發(fā)明的上述和其它的目的和特征。


圖1A～1C是本發(fā)明制造含單壁碳納米管的碳納米管溶液的方法的示意圖；圖2是單壁碳納米管溶液化的狀態(tài)示意圖；圖3是通過(guò)過(guò)濾制備出的含單壁碳納米管的碳納米管溶液的狀態(tài)示意圖；圖4A～4C是本發(fā)明由碳納米管溶液制造含單壁碳納米管的含碳納米管薄膜的方法示意圖；圖5是含碳納米管薄膜內(nèi)部示意圖；以及圖6是含碳納米管薄膜發(fā)射的近紅外熒光測(cè)量結(jié)果的特性示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面基于具體實(shí)施方式
及附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1A～1C是本發(fā)明制造含單壁碳納米管的碳納米管溶液的方法的示意圖。首先，如圖1A所示，通過(guò)將大約2wt％羧甲基纖維素(CMC)和由聚集的單壁碳納米管集簇組成的碳納米管松散材料注入溶劑水(H2O)中，并且進(jìn)行混合及攪拌，制造出含碳納米管溶液。CMC是含有多個(gè)親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)的鏈狀高分子，其通過(guò)用多個(gè)疏水基團(tuán)包裹碳納米管使水中碳納米管溶液化，這樣就具有增溶劑功能。
圖2是單壁碳納米管溶液化的狀態(tài)示意圖；CMC中疏水基團(tuán)與溶液中各個(gè)單壁碳納米管成鍵以包裹單壁碳納米管，并且復(fù)合材料由CMC和單壁碳納米管形成。此時(shí)，CMC所含親水基團(tuán)向外側(cè)定向，并且單壁碳納米管溶液化。因?yàn)榧刂兴鱾€(gè)單壁碳納米管發(fā)生了溶液化，單壁碳納米管與集簇分離，并且分散在溶液中。
其次，在本發(fā)明中，如圖所示1B，通過(guò)使用超聲波振蕩器對(duì)溶液施以超聲波，使單壁碳納米管分散于溶液中。在超聲波振蕩下，促進(jìn)了單壁碳納米管與集簇分離，CMC促進(jìn)了單壁碳納米管的溶液化，并且將單壁碳納米管分散于溶液中。
其次，在本發(fā)明中，如圖1C所示，用所產(chǎn)溶液裝滿注射器11，從注射器11中推擠出溶液，并且順序穿過(guò)多個(gè)過(guò)濾器21、22和23，制備出碳納米管溶液，其為經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾過(guò)的溶液。配置多個(gè)過(guò)濾溶液用的過(guò)濾器21、22和23，使得其過(guò)濾孔徑依序減小，從而使得過(guò)濾容易，而不會(huì)引起過(guò)濾器21、22和23的堵塞?？傮w上將過(guò)濾器21、22和23孔徑按如下要求設(shè)定為一定大小，即容許溶液化的單壁碳納米管經(jīng)過(guò)，但使得碳納米管集簇或者多壁碳納米管難以通過(guò)。單壁碳納米管越長(zhǎng)，則單壁碳納米管越難穿過(guò)過(guò)濾器微孔。因此，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定過(guò)濾器21、22和23的孔徑，可以將碳納米管溶液中單壁碳納米管長(zhǎng)度控制為等于或小于一定長(zhǎng)度。例如最后過(guò)濾溶液的過(guò)濾器23的孔徑是大約0.1μm～0.8μm，并且可以根據(jù)將要分散于碳納米管溶液的單壁碳納米管大小和長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)定。盡管圖1C顯示了使用三個(gè)過(guò)濾器21、22和23的具體實(shí)施方式
，但使用的過(guò)濾器數(shù)目可以不是三個(gè)。也可以通過(guò)使用除注射器11之外的工具或設(shè)備來(lái)用過(guò)濾器過(guò)濾溶液。
圖3是通過(guò)過(guò)濾制備出的含單壁碳納米管的碳納米管溶液的狀態(tài)示意圖。通過(guò)在水中混合碳納米管松散材料和CMC所得到的溶液含有從集簇以及殘存的聚集成的單壁碳納米管集簇中分離的單壁碳納米管。商品碳納米管松散材料含有多壁碳納米管和雜質(zhì)(比如無(wú)定形碳)，因此這些雜質(zhì)也包含在溶液中。各個(gè)單壁碳納米管可以穿過(guò)過(guò)濾器，而聚集的單壁碳納米管集簇、多壁碳納米管以及無(wú)定形碳則因?yàn)榫哂休^大的尺寸而通不過(guò)過(guò)濾器。此外，長(zhǎng)度等于或大于預(yù)定長(zhǎng)度的長(zhǎng)單壁碳納米管不能通過(guò)過(guò)濾器。因此，通過(guò)用過(guò)濾器過(guò)濾溶液，可以制備出分散于溶液中的含單壁碳納米管的碳納米管溶液。長(zhǎng)單壁碳納米管可能有部分與CMC成鍵不完全，并且這些部分可能彼此接近并且發(fā)生聚集。因此，通過(guò)適當(dāng)選擇過(guò)濾器孔徑，可以控制碳納米管溶液中單壁碳納米管的長(zhǎng)度等于或小于一定的長(zhǎng)度，并且當(dāng)濃縮碳納米管溶液時(shí)可以抑制單壁碳納米管再聚集。
因?yàn)樗苽涞奶技{米管溶液含有經(jīng)分散的單壁碳納米管，其可以發(fā)射近紅外熒光并且可以用作近紅外光發(fā)射材料。例如，它可以用作紅外線發(fā)光涂料，而使用這些涂料的印刷品是肉眼看不見的，但可以通過(guò)近紅外照相機(jī)觀察到。因?yàn)橹苽浜薪?jīng)分散的單壁碳納米管的碳納米管溶液時(shí)未使用離心分離，沒有必要使用諸如昂貴的超離心分離機(jī)等設(shè)備，并且可以使用不昂貴的水作為溶劑。如此可以以低成本制備必需數(shù)量的碳納米管溶液。此外，與常規(guī)方法相比較，碳納米管溶液中單壁碳納米管濃度可以通過(guò)提高增溶劑CMC濃度而做得更高，而常規(guī)方法則需要通過(guò)降低增溶劑濃度至一定程度來(lái)提高離心分離精確度以用于離心分離。進(jìn)一步地，與要求長(zhǎng)時(shí)間分離高粘度溶液的離心分離相比較，本發(fā)明中可以容易地制備粘度隨著CMC濃度增加而提高的碳納米管溶液。另外，因?yàn)橐种屏颂技{米管溶液中單壁納米管的再聚集，可以抑制近紅外熒光發(fā)射強(qiáng)度的降低。另外，與常規(guī)方法相比較，含有碳納米管溶液的連續(xù)處理比較容易，并且可以工業(yè)化制備含有經(jīng)分散的單壁碳納米管的碳納米管溶液。
圖4A～4C是本發(fā)明由碳納米管溶液制造含單壁碳納米管的含碳納米管薄膜的方法示意圖。如圖4A所示，使用吸量管31，將適當(dāng)數(shù)量的含單壁碳納米管的碳納米管溶液滴到硅質(zhì)等基底32上。其次，如圖4B所示，在對(duì)所滴碳納米管溶液進(jìn)行干燥并使碳納米管溶液所含水分揮發(fā)以后，從基底32上剝?nèi)チ粼诨?2上的含碳納米管薄膜4。如圖4C所示，通過(guò)剝離制造出根據(jù)本發(fā)明的含碳納米管薄膜4。如此制造的含碳納米管薄膜4差不多由單壁碳納米管和CMC組成，因?yàn)橛米魅軇┑乃畯奶技{米管溶液中揮發(fā)。注意，可以使用旋涂法制造圓形含碳納米管薄膜4，其厚度與通過(guò)旋轉(zhuǎn)基底32并將碳納米管溶液滴到旋轉(zhuǎn)基底32上所得厚度相等。也可以采用使用除吸量管31之外的工具或者設(shè)備滴加碳納米管溶液的方法。作為另一種選擇，可以采用通過(guò)將碳納米管溶液施涂在基底32上制造出含碳納米管薄膜4的方法，以代替將碳納米管溶液滴在基底32上。
圖5是含碳納米管薄膜4內(nèi)部示意圖。含碳納米管薄膜4含有高密度復(fù)合材料，每個(gè)薄膜都通過(guò)鏈狀CMC與單壁碳納米管成鍵而形成的。在組成復(fù)合材料的單壁碳納米管和CMC之間的相互作用功能區(qū)域較大，這樣CMC和單壁碳納米管彼此不容易分離。因此，在制造含碳納米管薄膜4的過(guò)程中，即使當(dāng)碳納米管溶液中水分揮發(fā)后，單壁碳納米管濃度變得更高，并且單壁碳納米管間的距離減小，CMC和單壁碳納米管彼此不容易相互分離。這樣，與單壁碳納米管一起組成復(fù)合材料的CMC起到抑制由單壁碳納米管的聚集引起的碳納米管集簇形成的功能。因而，甚至含有高密度單壁碳納米管的含碳納米管薄膜4也含有多個(gè)彼此分離的單壁碳納米管，并且不形成集簇。這樣，因?yàn)槎鄠€(gè)單壁碳納米管是分散的，并且包含在含碳納米管薄膜4中，含碳納米管薄膜4會(huì)發(fā)射近紅外熒光。
圖6是由含碳納米管薄膜4發(fā)射的近紅外熒光測(cè)量結(jié)果的特性示意圖。圖6中，縱座標(biāo)軸顯示激發(fā)光波長(zhǎng)，并且橫坐標(biāo)軸顯示近紅外熒光發(fā)射波長(zhǎng)。圖6A中線條是發(fā)射強(qiáng)度相等部分的連接線。在預(yù)定波長(zhǎng)激發(fā)光下，含碳納米管薄膜4發(fā)射預(yù)定波長(zhǎng)的近紅外熒光，并且在650nm左右波長(zhǎng)的激發(fā)光下觀察到在1170nm左右波長(zhǎng)處發(fā)射的最大熒光強(qiáng)度。在激發(fā)光波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)之間的關(guān)系取決于含碳納米管薄膜4中所含單壁碳納米管結(jié)構(gòu)。通過(guò)測(cè)試在激發(fā)光波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)之間的關(guān)系，可以測(cè)試含碳納米管薄膜4中所含單壁碳納米管結(jié)構(gòu)。
如在以上的詳細(xì)描述，在本發(fā)明中，通過(guò)使用CMC作為增溶劑分散單壁碳納米管，與單壁碳納米管一起組成復(fù)合材料的CMC抑制單壁碳納米管的聚集，并且含碳納米管薄膜4含有多個(gè)經(jīng)分散的單壁碳納米管，因此肯定可以制造出發(fā)射近紅外線熒光的含碳納米管薄膜4。因而，本發(fā)明制造的含碳納米管薄膜4可以用作發(fā)射近紅外熒光的近紅外光發(fā)射材料。具體說(shuō)，通過(guò)制造含規(guī)定結(jié)構(gòu)單壁碳納米管的含碳納米管薄膜4，可以制造出發(fā)射特定范圍波長(zhǎng)光的近紅外光發(fā)射材料。含碳納米管薄膜4例如可以用作近紅外區(qū)光譜測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)物，并且也可以用作發(fā)射特定波長(zhǎng)近紅外光的光發(fā)射元件。注意，當(dāng)通過(guò)除熒光分析之外的技術(shù)測(cè)驗(yàn)單壁碳納米管特性時(shí)，當(dāng)然可以使用本發(fā)明制造的含碳納米管薄膜4作為測(cè)量樣品。
此外，在本發(fā)明中，即使當(dāng)含碳納米管溶液中單壁碳納米管濃度做得較高時(shí)，與單壁碳納米管一起組成復(fù)合材料的CMC抑制單壁碳納米管的聚集，因此可以容易地制造近紅外熒光強(qiáng)度增強(qiáng)的含碳納米管薄膜4。進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，以溶液為基準(zhǔn)，通過(guò)將CMC濃度提高至大約2％，可以將多個(gè)單壁碳納米管與碳納米管集簇分離，并且可以容易地制造出碳納米管溶液和含有高濃度單壁碳納米管的含碳納米管薄膜4。另外，因?yàn)樘技{米管溶液粘度變得更高，可以容易地由碳納米管溶液制造出厚度提高的含碳納米管薄膜4，并且可以制造出近紅外熒光強(qiáng)度進(jìn)一步提高的含碳納米管薄膜4。
在本發(fā)明中，可以使用鏈狀高分子，比如作為增溶劑的環(huán)直鏈淀粉、環(huán)糊精和聚乙烯醇，以及CMC。甚至當(dāng)這些高分子用作增溶劑時(shí)，因?yàn)楦叻肿优c單壁碳納米管一起組成復(fù)合材料，單壁碳納米管在水中溶液化，并且抑制了單壁碳納米管再聚集，并且因此可以制造出發(fā)射近紅外熒光的含碳納米管薄膜4。因?yàn)殒湢钐穷?比如環(huán)直鏈淀粉)可以制造出大約20％的高濃度溶液，所以可以制造出碳納米管溶液和含有更高單壁碳納米管濃度的含碳納米管薄膜4。此外，可以使用具有溶液化單壁碳納米管特性的蛋白質(zhì)(比如明膠)作為增溶劑。本發(fā)明中，雖然使用水(H2O)作為溶劑是最佳的，但可以通過(guò)使用其它溶劑比如重水(D2O)制造碳納米管溶液和含碳納米管薄膜4。
雖然該實(shí)施方式闡明了用于制造碳納米管溶液和含有經(jīng)分散的單壁碳納米管的含碳納米管薄膜4的方法，但是通過(guò)使用噴霧干燥器對(duì)碳納米管溶液進(jìn)行噴霧干燥，也可以制造出含單壁碳納米管的含碳納米管粉末。這樣制造的含碳納米管粉末也含有多個(gè)經(jīng)分散的與高分子(比如CMC)一起組成復(fù)合材料的單壁碳納米管，并且可以用作發(fā)射近紅外熒光的材料。因?yàn)橥ㄟ^(guò)噴霧干燥可以有效地使水揮發(fā)，含碳納米管粉末含有高濃度單壁碳納米管，并且因此可以提高近紅外熒光強(qiáng)度。進(jìn)一步地，通過(guò)將含有碳納米管的粉末固化為小丸形式，可以用作發(fā)射高亮度近紅外光的光發(fā)射元件。
另外，在本發(fā)明中，通過(guò)從微孔注射含有經(jīng)分散的單壁碳納米管的碳納米管溶液并使之干燥，可以制造出含有單壁碳納米管的含纖維狀碳納米管材料。因?yàn)檫@樣制造的含纖維狀碳納米管材料含有多個(gè)經(jīng)分散的與聚合增溶劑(比如CMC)一起組成復(fù)合材料的單壁碳納米管，其可以用作發(fā)射近紅外熒光的材料。因?yàn)橥ㄟ^(guò)噴霧干燥可以有效地使水揮發(fā)，含纖維狀碳納米管材料含有高濃度單壁碳納米管，并且因此可以提高近紅外熒光的強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種制造含有單壁碳納米管并且發(fā)射近紅外熒光的含碳納米管材料的方法，包括下述步驟通過(guò)在溶劑中將含有聚集的單壁碳納米管集簇的碳納米管松散材料和用于使單壁碳納米管溶解于溶劑中的增溶劑相混合，以制備溶液；使被增溶劑溶解并從所述集簇中分離出來(lái)的單壁碳納米管分散于溶液中；以及使用過(guò)濾器過(guò)濾含有經(jīng)分散的單壁碳納米管的溶液，制備出碳納米管溶液。
2.如權(quán)利要求1所述的制造含碳納米管材料的方法，其特征在于，所述過(guò)濾器孔徑的大小是能讓經(jīng)溶解并從所述集簇分離出的單壁碳納米管通過(guò)，而不讓集簇和多壁碳納米管通過(guò)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造含碳納米管材料的方法，其特征在于，所述增溶劑是具有使碳納米管溶解于溶劑中的性質(zhì)的高分子。
4.如權(quán)利要求3所述的制造含碳納米管材料的方法，進(jìn)一步包括下述步驟將所述碳納米管溶液滴加或者施涂到板上；以及通過(guò)干燥板上碳納米管溶液，制造出含碳納米管薄膜。
5.如權(quán)利要求3所述的制造含碳納米管材料的方法，進(jìn)一步包括將所述碳納米管溶液經(jīng)噴霧干燥制造出含碳納米管粉末的步驟。
6.如權(quán)利要求3所述的制造含碳納米管材料的方法，進(jìn)一步包括從微孔注射所述碳納米管溶液并干燥所述碳納米管溶液，從而制造出含纖維狀碳納米管材料的步驟。
7.如權(quán)利要求1或2所述的制造含碳納米管材料的方法，其特征在于，所述增溶劑是羧甲基纖維素。
8.如權(quán)利要求7所述的制造含碳納米管材料的方法，進(jìn)一步包括下述步驟將所述碳納米管溶液滴加或者施涂到板上；以及通過(guò)干燥板上的所述碳納米管溶液，制造出含碳納米管薄膜。
9.如權(quán)利要求7所述的制造含碳納米管材料的方法，進(jìn)一步包括將所述碳納米管溶液經(jīng)噴霧干燥制造出含碳納米管粉末的步驟。
10.如權(quán)利要求7所述的制造含碳納米管材料的方法，進(jìn)一步包括從微孔注射所述碳納米管溶液并干燥所述碳納米管溶液，從而制造出含纖維狀碳納米管材料的步驟。
11.如權(quán)利要求1或2所述的制造含碳納米管材料的方法，其特征在于，所述增溶劑在溶液中的濃度基本上是2wt％或以上。
全文摘要
通過(guò)在水(H
文檔編號(hào)B82B3/00GK101081697SQ20071010498
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者中田靖 申請(qǐng)人:株式會(huì)社堀場(chǎng)制作所