專利名稱：利用碳納米管制備的納米粒子及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米粒子的制備方法，其中利用碳納米管(Carbon Nanotube, CNT)將粉末粒子研磨成納米尺寸。
背景技術(shù)：
納米粒子，具有遠(yuǎn)小于紫外線或可見(jiàn)光的波長(zhǎng)的粒子尺寸。而且，其形成相對(duì)于納米粒子質(zhì)量而言的相對(duì)較大的晶界(grain boundary)，相比于疏松(bulk)材料，在該晶界的界面中有更多的原子或分子。因此不僅能形成微/納米混合物結(jié)構(gòu)，而且能根據(jù)粒子的尺寸和形態(tài)(morphology)改變物理、化學(xué)、光學(xué)特性。鑒于納米粒子的應(yīng)用，在各種領(lǐng)域中的研究已經(jīng)積極開(kāi)展，例如在催化劑、光電子、新材料、非線性光學(xué)以及包含醫(yī)學(xué)的生物技術(shù)領(lǐng)域中。納米粒子可以為有機(jī)材料(例如，聚合物)、無(wú)機(jī)材料(例如，金屬)以及陶瓷材料或諸如此類。在納米粒子的制備過(guò)程中，有機(jī)納米粒子可以通過(guò)例如懸浮聚合、乳液聚合、 分散聚合和自組裝或諸如此類的聚合法來(lái)制備，無(wú)機(jī)納米粒子可以通過(guò)有機(jī)金屬前體的熱分解法、真空沉積法、膠質(zhì)法、電解及非電解還原法等來(lái)制備。作為利用溶液技術(shù)的例子，第10-2006-0101844號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種銀納米粒子的制備方法，該方法中，將包含銀的化合物溶解在極性溶劑中，然后使用還原劑。利用該方法制備的銀納米粒子雖然具有均勻性，但是需要復(fù)雜的制備工藝，因此在產(chǎn)量方面有限制。作為納米粒子的制備方法的另外一個(gè)例子，第10-2007-7004335號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種蒸汽冷凝方法，該方法中，通過(guò)高溫和高度真空使金屬蒸發(fā)，然后使其快速冷凝。將蒸發(fā)的氣態(tài)的金屬原子迅速冷卻時(shí)，也迅速地實(shí)現(xiàn)冷凝。因此，生成了大量的結(jié)晶核， 并且結(jié)晶和粒子變得較小。利用這樣的原理生成納米粒子。該方法中，需要高溫和高度真空，并且為了納米粒子的制備，必須使金屬完全地蒸發(fā)。因此，在產(chǎn)量方面有限制。此類常規(guī)的納米粒子制備方法使用所謂的從下而上(bottom-up)的方法，該方法是用于使原子或離子簇生長(zhǎng)的納米結(jié)構(gòu)制備方法。為此，該方法具有在初期需要生成原子或離子的過(guò)程以及必須在納米尺寸進(jìn)行結(jié)晶控制的缺點(diǎn)。在溶液技術(shù)中，必須控制密度；在蒸發(fā)技術(shù)中，必須生成氣體原子。因此，在產(chǎn)量方面有限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用碳納米管(Carbon Nanotube，CNT)制備納米粒子的方法。碳納米管在結(jié)構(gòu)上是穩(wěn)定的，并且在機(jī)械性能方面優(yōu)良。因此，碳納米管通過(guò)與物質(zhì)碰撞可以碾磨該物質(zhì)。此外，由于碳納米管具有納米尺寸，將物質(zhì)碾磨成納米尺寸是可能的。在本發(fā)明中，提供了一種利用該與常規(guī)方法不同的新方法將疏松(bulk)材料制備為納米粒子的方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種用該方法制備的納米粒子。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種納米粒子的制備方法，該方法包括以下步驟(i)制備粉末粒子和碳納米管的混合物；以及(ii)球磨(ball mill)該混合物。所述方法還可以包括在所述步驟(i)中用氬氣(Ar)凈化(purging)的步驟。所述步驟(ii)中，球磨(ball mill)可以以IOOrpm至5000rpm進(jìn)行0. 5小時(shí)至 12小時(shí)，以便碾磨粉末粒子和碳納米管的混合物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種納米粒子的制備方法，該方法包括以下步驟(i)混合粉末粒子和碳納米管；(ii)放入球以與混合物進(jìn)行碰撞；(iii)將混合物和球密封在容器內(nèi)；以及(iv)通過(guò)物理旋轉(zhuǎn)包含有混合物和球的容器以球磨(ball mill)混合物。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明提供了一種納米粒子復(fù)合材料，該納米粒子復(fù)合材料包含通過(guò)球磨(ball mill)利用碳納米管碾磨的粉末粒子，以及碳納米管。本發(fā)明中，用于制備納米粒子的碳納米管可以是選自由單壁碳納米管(Single Walled Carbon Nanotube，SWNT)、雙壁碳納米管(Duble-walled Carbon Nanotube，DWNT)、 薄多壁碳納米管(Thin Multi-walled Carbon Nanotube)和多壁碳納米管(Multi-walled Carbon Nanotube,MWNT)組成的組中的至少一種。碳納米管包含具有sp2雜化鍵的碳，并且形成結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定的形狀。為此，顯示出比鋼強(qiáng)100倍以上的機(jī)械性能。為了實(shí)行本發(fā)明的方法，需要使碳納米管經(jīng)受物理沖擊，使其可以碾磨粉末粒子。 為此，需要物理沖擊碳納米管的球磨(ball mill)過(guò)程。此外，一般的球磨中，在碾磨粉末粒子的過(guò)程中，粉末粒子的尺寸將減小。然而，減小到臨界尺寸時(shí)，粒子的尺寸由于形成粒子間的接合(welding)而又將增大。碳納米管附著在粉末粒子的表面，從而防止這樣的問(wèn)題產(chǎn)生。本發(fā)明的制備方法分為通過(guò)球磨的粉末粒子碾磨過(guò)程和利用碳納米管的納米粒子生成過(guò)程。為了有效地生成納米粒子，在球磨步驟之前，還可以包括提高碳納米管的結(jié)晶度的熱處理步驟。本發(fā)明中，納米粒子可以包括金屬、聚合物或陶瓷納米粒子，但是根據(jù)需要還可以包括各種其他材料。本發(fā)明中，金屬可以選自，但不限于，由金、銀、銅、鋁、錳、鐵、錫、鋅和鈦等組成的組。此外，聚合物可以選自，但不限于，由聚磷腈、聚交酯、聚交酯-共-乙交脂-聚己內(nèi)酯、聚酐、聚羥基丁二酸、聚氰基丙烯酸烷基酯、聚羥基丁酯、聚碳酸脂、聚原酸酯、聚乙二醇、多聚賴氨酸、聚乙交酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮等組成的組。此外，陶瓷可以選自，但不限于，由氧化物(例如氧化鋁、氧化鋯等)、碳化物(例如碳化鎢(WC)、碳化鈦(TiC)、碳化硅(SiC)等)、氮化物(例如立方氮化硼(CBN，cubic boron nitride)、氮化鈦(TiN)、氮化硅(Si3N4)等)等組成的組。本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“粉末粒子”表示包含金屬材料、聚合物材料和陶瓷材料，并且直徑范圍為1微米至數(shù)十厘米的粒子。本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“納米粒子”表示直徑范圍為20nm至900nm的粒子。根據(jù)本發(fā)明，碳納米管用于制備由金屬、聚合物和陶瓷等組成的納米粒子。因此， 其可廣泛應(yīng)用于使用納米粒子的各種領(lǐng)域，例如醫(yī)學(xué)、光學(xué)和材料等。此外，這樣制備的納米粒子顯示出材料特性、由材料變?yōu)榧{米粒子引起的性質(zhì)以及包含在納米粒子中的碳納米管的特性。例如，利用碳納米管制備鋁納米粒子時(shí)，納米粒子可以包括鋁的輕和強(qiáng)氧化的性質(zhì)，納米粒子的高比表面積和較小的晶體尺寸，以及碳納米管的機(jī)械、熱和電的特性。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的利用碳納米管制備納米粒子的方法的每個(gè)步驟的機(jī)制的概念圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備鋁納米粒子的過(guò)程；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的鋁納米粒子的制備前后的照片；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于利用碳納米管制備鋁納米粒子的碳納米管和鋁的電子顯微鏡(SEM)照片；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的鋁納米粒子的電子顯微鏡(SEM)照片；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的鋁納米粒子的能譜色散譜(EDS)分析結(jié)果；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的鋁納米粒子的透射電鏡(TEM)分析結(jié)果；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的鋁納米粒子的粒子尺寸測(cè)量結(jié)果(DLS)；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的鋁納米粒子的試驗(yàn)樣品的機(jī)械性質(zhì)測(cè)量結(jié)果；圖10示出了使用根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的鋁納米粒子的鑄造用鋁的導(dǎo)電性的測(cè)量結(jié)果；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的鋁納米粒子的氧化性質(zhì)測(cè)量的照片；圖12示出了通過(guò)測(cè)量根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的鋁納米粒子的氧化性質(zhì)獲得的差熱分析(DTA)結(jié)果；圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的聚合物納米粒子的制備前后的照片；圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的聚合物納米粒子的電子顯微鏡(SEM)照片；圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的陶瓷納米粒子的制備前后的照片；圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的陶瓷納米粒子的制備前后的電子顯微鏡(SEM)照片；圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的納米粒子的適用性的概念圖；圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的鐵納米粒子的制備前后的電子顯微鏡(SEM)照片；以及圖19示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用碳納米管制備的鈦納米粒子的制備前后的電子顯微鏡(SEM)分析照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種利用碳納米管制備納米粒子的方法。碳納米管包含具有SP2雜化鍵的碳，并且形成結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定的形狀。因此，顯示出比鋼強(qiáng)100倍以上的機(jī)械性能。根據(jù)本發(fā)明的方法，通過(guò)物理力，此類碳納米管與物質(zhì)碰撞，從而碾磨該物質(zhì)。本發(fā)明的制備方法主要包含通過(guò)球的碾磨步驟和通過(guò)碳納米管的碾磨步驟。圖1 示出了本發(fā)明的機(jī)制的概念圖。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，如圖1(a)所示，在球磨過(guò)程中，需要進(jìn)行通過(guò)球的研磨步驟。由于先進(jìn)行了通過(guò)球的粉末粒子的研磨步驟，粒子在沒(méi)有被進(jìn)一步研磨時(shí)通常會(huì)接合(welding)在一起。為此，通過(guò)球磨碾磨的方法在減小粒子的尺寸方面存在限制。對(duì)比之下，使用碳納米管，可以抑制粒子接合(welding)在一起。而且碳納米管會(huì)碾磨粒子。圖1(b)所示的概念圖，示出了碳納米管將微米尺寸的粒子碾磨成納米尺寸的粒子的機(jī)制。通過(guò)這樣的通過(guò)碳納米管碾磨微粒的機(jī)制，可以碾磨由各種材料(金屬、聚合物、陶瓷或諸如此類)組成的粒子。以下，參考實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。但是，以下實(shí)施例僅是例示性的， 而本發(fā)明的范圍不限于此。本發(fā)明中所引用文獻(xiàn)的內(nèi)容以引用的方式并入到本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中。實(shí)施例實(shí)施例1-1 利用碳納米管制備鋁納米粒子本發(fā)明的實(shí)施例基于圖2所示的鋁納米粒子制備過(guò)程。使用厚10 20nm、長(zhǎng) 10 20 μ m的多層碳納米管(Hanwha Nanotech (韓華納米科技)，CM95)作為碳納米管。 尺寸為70 μ m的鋁粉末購(gòu)自Samchun Chemical (三田化學(xué))。將鋁粒子和碳納米管放入由 SKDll組成的不銹鋼球磨罐(Taemyong science (太明科學(xué)))，然后用惰性氣體(Ar)進(jìn)行凈化(purging)以防止鋁的氧化。碳納米管以50wt%使用。進(jìn)行球磨(ball mill)時(shí)，以 400rpm碾磨1小時(shí)、3小時(shí)、6小時(shí)和12小時(shí)。此處，用于碾磨的球?yàn)橹睆綖?mm的氧化鋯球(Daehan (大韓)，DH. ML 1032)。實(shí)施例1-2 制備的鋁納米粒子的分析一、照片分析圖3示出了利用碳納米管制備的鋁納米粒子時(shí)，用數(shù)碼相機(jī)(Nikon(尼康)， koolpix-3700)觀察的鋁納米粒子試驗(yàn)樣品的照片。圖3(a)示出了碾磨步驟前50wt%碳納米管和鋁粒子的照片。圖3(b)示出了碾磨步驟后的鋁納米粒子的照片。與碾磨步驟前的體積相比，鋁納米粒子的體積增加。由此，可以發(fā)現(xiàn)鋁粒子微?；?。二、電子顯微鏡(SEM)分析
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圖4示出了納米粒子制備過(guò)程前的原(Raw)樣品。圖4(a)為碳納米管在30，000 倍下觀察的電子顯微鏡Scanning Electron microscope, SEM)的照片(JE0L(日本電子)， JSM700F)。碳納米管的直徑為10 20nm，并且長(zhǎng)度為10 20 μ m。圖4(b)為原(Raw)鋁在2，000倍放大倍率下觀察的照片。觀察到的鋁粒子尺寸不均，且它們中的大部分為10 μ m 以上。圖5示出了利用碳納米管制備的鋁納米粒子的電子顯微鏡照片。圖5(a)為球磨1 小時(shí)后在10，000倍放大倍率下觀察的電子顯微鏡照片。碾磨1小時(shí)后，鋁粒子形成塊，但是表面上可觀察到納米粒子。圖5(b) (d)為碾磨3 12小時(shí)后的電子顯微鏡照片。通過(guò)電子顯微鏡分析，發(fā)現(xiàn)3小時(shí)碾磨后，鋁粒子完全地變成納米粒子。因此，發(fā)現(xiàn)將鋁粒子變?yōu)榧{米粒子的過(guò)程發(fā)生在1 3小時(shí)范圍內(nèi)。三、成分分析(EDS)圖 6 示出了由能譜色散譜(Energy Dispersive Spectroscopy, EDS)(牛津 (Oxford))獲得的利用碳納米管制備的鋁納米粒子的成分分析結(jié)果。成分分析是在將疏松鋁粒子碾磨1小時(shí)后進(jìn)行的。圖6 (a)示出了 EDS的成分光譜。圖6(b)示出了基于圖6(a) 的光譜獲得的定量成分分析表。在分析表中，由于包含碳成分，因此可以推定鋁納米粒子中包含碳納米管。四、誘射電子顯微鏡(TEM)分析圖7 示出了通過(guò)透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope, TEM) (JE0L(日本電子)，JEM2100F)觀察的鋁納米粒子的照片。通過(guò)透射電子顯微鏡，能觀察粒子內(nèi)的碳納米管。通過(guò)透射電子顯微鏡觀察實(shí)驗(yàn)樣品是在將鋁粒子碾磨1小時(shí)后進(jìn)行的。 圖7(a)示出了一簇鋁納米粒子的測(cè)量結(jié)果。圖7(b) (d)示出了圖7(a)的測(cè)量結(jié)果的放大分析結(jié)果。當(dāng)分析一簇納米粒子時(shí)，可觀察到納米粒子的內(nèi)部和之間包含有碳納米管。 通過(guò)該分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)碳納米管起到碾磨鋁粒子的作用。五、通過(guò)動(dòng)態(tài)光散射(Dynamic Lifiht ScatteringDLS)分析鋁納米粒子的尺寸和分布圖 8 示出了通過(guò) DLS (Photal otsuka electronics (豐達(dá)大冢電子)，ELS-8000) 獲得的按照鋁的尺寸的分布的測(cè)量結(jié)果。本實(shí)施例中，測(cè)量了在利用5wt%的碳納米管球磨不超過(guò)1小時(shí)期間的粒子尺寸分布。圖8中，χ軸為球磨時(shí)間，y軸為百分比。Ds為通過(guò)測(cè)量粒子尺寸為小于1 μ m的組獲得的結(jié)果，Dl為通過(guò)測(cè)量粒子尺寸為大于1 μ m的組獲得的結(jié)果。從球磨開(kāi)始30分鐘后，在粒子尺寸分布中，粒子尺寸為小于Iym的粒子的比例和粒子尺寸為大于1 μ m的粒子的比例是彼此相似的(大約50% )。從球磨開(kāi)始45分鐘后，粒子尺寸為小于Ιμπι的粒子的比例為大約80%，其中制備了大量的納米粒子。因此，可以發(fā)現(xiàn)將鋁粒子變?yōu)榧{米尺寸取決于球磨時(shí)間。六、機(jī)械性能分析本實(shí)施例中，測(cè)量了通過(guò)本發(fā)明制備的鋁納米粒子的試驗(yàn)樣品的機(jī)械性能。對(duì)本實(shí)施例，用放電等離子燒結(jié)法燒結(jié)了利用碳納米管制備的鋁納米粒子。燒結(jié)是為了獲得疏松粉末。已知隨著粒子尺寸減小，粉末的機(jī)械性能提高。圖9(a)示出了通過(guò)放電等離子燒結(jié)法獲得的試驗(yàn)樣品的硬度的測(cè)量值。硬度是根據(jù)碳納米管的濃度測(cè)量的。在未利用碳納米管獲得的試驗(yàn)樣品中，硬度為50Hv，而利用30wt%碳納米管制備的試驗(yàn)樣品中，硬度為500Hv以上。此外，將用與上述同樣的方法制備的試驗(yàn)樣品處理成拉伸試驗(yàn)樣品，然后測(cè)量其拉伸性能。原(Raw)鋁顯示出93Mpa的拉伸應(yīng)力。利用Iwt%碳納米管制備的試驗(yàn)樣品顯示出134Mpa的拉伸應(yīng)力，利用5wt%碳納米管制備的試驗(yàn)樣品顯示出167Mpa的拉伸應(yīng)力。即，拉伸應(yīng)力增加了大約80%。原(Raw)鋁顯示出楊氏模量為372Mpa，碳納米管為 Iwt%的，顯示出楊氏模量為650MPa，碳納米管為5wt%的，顯示出楊氏模量839MPa。即，楊氏模量提高了 2倍以上。因此，可以發(fā)現(xiàn)利用碳納米管制備的納米粒子顯示出提高了的機(jī)械性能。七、電件質(zhì)分析本實(shí)施例中測(cè)量了利用碳納米管制備的納米粒子的試驗(yàn)樣品的導(dǎo)電性。將鋁疏松粒子添加到包含碳納米管的鋁納米粒子中，使粒子接合，然后將粒子制成幾毫米的大小。隨后，將接合(welding)的粒子添加到常規(guī)合金ALDC 12. 1中(ffoosin Metal Co. Ltd(宇信金屬股份公司)，KSD2331)，隨后熔解。圖10示出了將利用碳納米管制備的試驗(yàn)樣品熔解在其中的合金的導(dǎo)電性的測(cè)量結(jié)果。原(Raw)試驗(yàn)樣品顯示出電阻為84ohm/sq，而包含0. 5wt% 碳納米管的試驗(yàn)樣品顯示出電阻為52ohm/Sq，包含碳納米管的試驗(yàn)樣品顯示電阻為 50ohm/Sq。通過(guò)本實(shí)施例的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用利用碳納米管制備的納米粒子時(shí)，可達(dá)到提高了的導(dǎo)電性。八、可燃件分析本實(shí)施例中測(cè)量了鋁納米粒子的氧化性。一般而言，已知鋁是強(qiáng)氧化性的。鋁變?yōu)榧{米粒子時(shí)，由于比表面積高，大量的鋁原子可立刻被氧化。因此，鋁納米粒子具有不同于普通鋁粉末的可燃性。此外，已知碳納米管為高熱傳導(dǎo)性的物質(zhì)。因此，包含在鋁納米粒子內(nèi)的碳納米管可在納米粒子間傳熱，從而更有效地進(jìn)行氧化。圖11示出了利用碳納米管制備的鋁納米粒子的氧化性的測(cè)量結(jié)果。圖11(a)為燃燒前的鋁納米粒子的照片。鋁納米粒子燃燒是通過(guò)使用氣焊槍進(jìn)行的。圖11(b)為用氣焊槍燃燒后的氧化反應(yīng)期間的照片。 在氧化反應(yīng)期間，使用紅外線溫度計(jì)(0PL-7)測(cè)量溫度。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)溫度升高到1200°C。圖 11(c)為氧化反應(yīng)完成后的照片。經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)的鋁變成氧化鋁，其顏色變成白色。圖12示出了由鋁納米粒子氧化產(chǎn)生的氧化熱的測(cè)量結(jié)果，該結(jié)果是通過(guò)差熱分析(Differential Thermal Analysis, DTA) (SEICO INST.(精工，日本)，kiko Exstar6000)獲得的。DTA 為測(cè)量通過(guò)以預(yù)定的速度升高相應(yīng)材料的溫度而發(fā)生的相(phase)變引起的熱生成或熱吸收的設(shè)備。本實(shí)施例中，以10°C /min的速度升溫至1300°C，并觀察熱的變化。圖12(a)為商業(yè)上可購(gòu)買的尺寸為3μπι的鋁粒子(Sumchun Chemical (三田化學(xué)))的測(cè)量結(jié)果。鋁的燃燒在650°C以上進(jìn)行，燃燒熱為_(kāi)82.3kJ/mg。圖12(b)為通過(guò)本發(fā)明制備的鋁納米粒子的測(cè)量結(jié)果。對(duì)鋁納米粒子測(cè)量的燃燒熱為-111. 6kJ/mg，鋁納米粒子表現(xiàn)出比常規(guī)的商業(yè)制備的鋁粒子更高的可燃性。因此，通過(guò)本實(shí)施例的結(jié)果，可以確定當(dāng)利用碳納米管制備鋁納米粒子時(shí)，由于該鋁納米粒子具有強(qiáng)氧化性，因此可以用于可燃性材料例如炸藥、航天器燃料或固體燃料。實(shí)施例1-3 利用碳納米管制備鐵納米粒子及電子顯微鏡(SEM)分析用與實(shí)施例1-1所述相同的方法制備鐵納米粒子，但是使用的碳納米管為 IOwt%，并且球磨(ball mill)進(jìn)行6小時(shí)。用電子顯微鏡(SEM)分析制備前后的利用碳納米管制備的鐵納米粒子(參見(jiàn)圖18)。圖18(a)為在100倍放大倍率下觀察的原(raw)鐵(Fe)粒子的照片。圖18(b)為利用碳納米管通過(guò)碾磨獲得的鐵納米粒子的照片。通過(guò)分析，可以發(fā)現(xiàn)鐵粒子的尺寸減小到 Iym以下的納米尺寸。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以利用碳納米管制備鐵納米粒子。^MM 1-4 利用碳納米管制各鈦納米粒子及申ι子HfMt (SEM)分析用與實(shí)施例1-1所述相同的方法制備鈦納米粒子，但是使用的碳納米管為 16wt%，并且球磨(ball mill)進(jìn)行6小時(shí)。用電子顯微鏡(SEM)分析制備前后的利用碳納米管制備的鈦納米粒子(參見(jiàn)圖
19)。圖19(a)為在100倍放大倍率下觀察的原(raw)鈦(Ti)粒子的照片。圖19(b)為利用碳納米管通過(guò)碾磨獲得的鈦納米粒子的照片。通過(guò)分析，可以發(fā)現(xiàn)鈦粒子的尺寸減小到 Iym以下的納米尺寸。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以利用碳納米管制備鈦納米粒子。實(shí)施例2-1 利用碳納米管制備聚合物納米粒子本實(shí)施例中，利用碳納米管制備了聚合物納米粒子。本實(shí)施例中使用的碳納米管為Bayer(拜耳)制造的C-150P。聚合物為聚碳酸酯(Polycarbonate) (Samsung CHEIL INDUSTRIES(三星第一毛織)，IS0-14000)。本實(shí)施例以與實(shí)施例1_1類似的方法實(shí)施。碾磨進(jìn)行6小時(shí)。圖13示出了碾磨前后的聚碳酸酯的照片。圖13(a)為添加了 20wt%碳納米管的聚碳酸酯碾磨前的照片。圖13(b)為利用碳納米管碾磨6小時(shí)后的聚碳酸酯的照片。 觀察到碾磨后表觀體積增大。由此結(jié)果，可以推測(cè)形成了聚碳酸酯納米粒子。^MM 2-2 制各的聚合物納米粒子的申ι子HfMt (SEM)分析圖14為通過(guò)電子顯微鏡獲得的利用碳納米管制備的聚碳酸酯納米粒子的分析結(jié)果。圖14(a)為在10，000倍放大倍率下觀察的原(raw)碳納米管的電子顯微鏡照片，并且該碳納米管的直徑為5 20nm，長(zhǎng)度為大約10 μ m。圖14(b)為在100倍放大倍率下觀察的聚碳酸酯的電子顯微鏡照片。聚碳酸酯粒子的直徑為IOOum左右。圖14(c)為經(jīng)過(guò)6小時(shí)碾磨獲得的聚碳酸酯的電子顯微鏡照片(10，000倍放大倍率)。圖14(d)為以1000倍放大的圖14(c)的照片。通過(guò)該分析，可以發(fā)現(xiàn)利用碳納米管將聚碳酸酯碾磨為納米粒子。 因此，根據(jù)本發(fā)明，可以利用碳納米管制備聚合物納米粒子。實(shí)施例3-1 利用碳納米管制備陶瓷納米粒子本實(shí)施例中利用碳納米管制備了陶瓷納米粒子。使用的陶瓷是碳化硅(Silicon carbide) (Aldrich (奧德里奇)，357391，400目)。使用的碳納米管是與實(shí)施例2_1相同的 kiyer (拜耳)制造的C 150-P。碳納米管的濃度為50wt%。本實(shí)施例以與實(shí)施例1-1類似的方法實(shí)施。碾磨進(jìn)行6小時(shí)。圖15為碾磨前后的陶瓷。圖15(a)為碾磨前的陶瓷的照片，圖15(b)為碾磨成納米粒子的陶瓷的照片。觀察到碾磨之后，表觀體積增大。由此結(jié)果，可以推測(cè)形成了碳化硅納米粒子。實(shí)施例3-2 制備的陶瓷納米粒子的電子顯微鏡(SEM)分析本實(shí)施例中用電子顯微鏡分析了利用碳納米管制備的碳化硅納米粒子。圖16示出了通過(guò)電子顯微鏡獲得的碳化硅和碳化硅納米粒子的照片。圖16(a)為在100倍放大倍率下觀察的原(raw)碳化硅的照片。粒子尺寸范圍為10 30 μ m。圖16(b)為利用碳納米管通過(guò)碾磨獲得的碳化硅粒子的電子顯微鏡照片。通過(guò)該分析，發(fā)現(xiàn)碳化硅粒子的尺寸減小到Iym以下的納米尺寸。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以利用碳納米管制備陶瓷納米粒子。盡管，為了闡明的目的，描述了本發(fā)明的幾個(gè)示例性實(shí)施方式，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不超出由本發(fā)明所附的權(quán)利要求書(shū)公開(kāi)的范圍和精神的前提下，可進(jìn)行多種修改、添加和等同替換。因此，可采用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中特定的條件和材料。盡管本文中已經(jīng)詳細(xì)公開(kāi)了目前作為最佳方式的特定實(shí)施方式，但是這些實(shí)施例并非旨在限制本發(fā)明的范圍。工業(yè)實(shí)用性當(dāng)利用強(qiáng)氧化性的鋁、高比表面積的納米粒子以及高熱傳導(dǎo)性的碳納米管時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)引起氧化反應(yīng)，因此該納米粒子可用作例如航天器燃料和火藥等引燃材料。 此外，通過(guò)調(diào)整反應(yīng)時(shí)間，還可用作固體燃料。而且，由于其可以具有1200°C以上的高溫，因此可用作煙粉劑。此外由于鋁較輕的性質(zhì)和碳納米管的機(jī)械性能，納米粒子可以可用作輕且強(qiáng)的高強(qiáng)度復(fù)合新材料。圖17示出了通過(guò)本發(fā)明制備的納米粒子的應(yīng)用性的概念圖。
權(quán)利要求
1.一種納米粒子的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (i)制備粉末粒子和碳納米管的混合物；以及( )球磨該混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳納米管是選自由單壁碳納米管、雙壁碳納米管、薄多壁碳納米管和多壁碳納米管組成的組中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉末粒子為金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述金屬選自由金、銀、銅、鋁、錳、鐵、錫、 鋅和鈦組成的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述金屬為鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括在所述步驟(i)過(guò)程中用氬氣凈化的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述球磨以IOOrpm至 5000rpm進(jìn)行0. 5小時(shí)至12小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述球磨以IOOrpm至5000rpm進(jìn)行0.5 小時(shí)至12小時(shí)。
9.一種納米粒子復(fù)合材料，其特征在于，包括通過(guò)球磨利用碳納米管碾磨的粉末粒子， 以及碳納米管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的納米粒子復(fù)合材料，其特征在于，所述碳納米管是選自由單壁碳納米管、雙壁碳納米管、薄多壁碳納米管和多壁碳納米管組成的組中的至少一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的納米粒子復(fù)合材料，其特征在于，所述粉末粒子為金jM ο
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的納米粒子復(fù)合材料，其特征在于，所述金屬選自由金、銀、 銅、鋁、錳、鐵、錫、鋅和鈦組成的組。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的納米粒子復(fù)合材料，其特征在于，所述金屬為鋁。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的納米粒子復(fù)合材料，其特征在于，所述粉末粒子具有1μ m以上并且Icm以下的尺寸。
15.一種納米粒子的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (i)制備聚合物粉末粒子和碳納米管的混合物；以及( )球磨該混合物。
16.一種納米粒子復(fù)合材料，其特征在于，包括通過(guò)球磨利用碳納米管碾磨的聚合物粉末粒子，以及碳納米管。
17.—種納米粒子的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (i)制備陶瓷粉末粒子和碳納米管的混合物；以及( )球磨該混合物。
18.—種納米粒子復(fù)合材料，其特征在于，包括通過(guò)球磨利用碳納米管碾磨的陶瓷粉末粒子和碳納米管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用碳納米管的納米粒子的制備方法及通過(guò)該方法制備的納米粒子。在該公開(kāi)的方法中，利用具有物理的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)和化學(xué)的穩(wěn)定的鍵的碳納米管，將由金屬、聚合物及陶瓷等組成的粉末粒子碾磨為納米尺寸。而且，通過(guò)該方法制備的納米粒子尺寸小且包含碳納米管。因此，當(dāng)該方法用于強(qiáng)氧化性的金屬時(shí)，納米粒子可以應(yīng)用于例如固體燃料或火藥等需要可燃性的相關(guān)領(lǐng)域。此外，碳納米管具有優(yōu)良的機(jī)械性能和導(dǎo)電性，因此可以應(yīng)用于相關(guān)的產(chǎn)品。
文檔編號(hào)B82B3/00GK102395522SQ201080006732
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者李永熙, 蘇康杓, 金恩先 申請(qǐng)人:成均館大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán), 株式會(huì)社大有新素材