专利名称：一种碳60纳米晶及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种碳60纳米晶及其制备方法。
背景技术：
富勒烯自1985年发现以来(Nature 1985，318，162-163)，一直受到科学家的青睐。直径小于100纳米的均匀一维碳60纳米晶尚未有报道，而这类材料有着十分广阔的应用前景(Science 1995，270，1789-1791)。
尺度和分散性可控的一维碳60纳米晶有着重要的应用价值，可用作有机半导体材料，光电器件、超导和磁性材料等。
发明内容
本发提供一种碳60纳米晶及其制备方法。
本发明目的之一是提供一种碳60纳米晶，该纳米晶以一维纳米晶形式存在，直径为10-100纳米。其直径优选为10-50纳米。
本发明目的之二是提供一种碳60纳米晶的制备方法。所述纳米晶是通过在碳60聚合物复合薄膜中使用可控溶剂退火诱导的原位生长制备获得的。其聚合物的选择原则是所述的聚合物是可溶性聚合物，可以与碳60共溶于二硫化碳、甲苯、氯苯或邻二氯苯溶剂并能制备出没有大规模相分离的均匀复合薄膜，它就可以作为制备碳60纳米晶的聚合物基体材料。
本发明所述的二硫化碳饱和蒸气压的升压速率、蒸气压和静置处理时间的选择原则是根据纳米晶的尺寸要求、尺寸分布状况、基体聚合物的结晶能力和聚合物在溶剂中的溶解度等来确定。升压速率越快，得到的纳米晶尺寸分布越窄；纳米晶的尺寸要求越小，需要的蒸气压也相应的较小，所需的处理时间也越短；基体聚合物的结晶能力越强，需要的蒸气压越大，所需的处理时间也越长；聚合物在溶剂中的溶解度越大，需要的蒸气压越小，所需的处理时间也越短。
本发明的制备方法的步骤和条件如下把质量配比为2∶8-8∶2的聚合物和碳60溶于溶剂中，得到总浓度为10-30毫克/毫升的可溶性聚合物与碳60的溶液；把可溶性聚合物与碳60的溶液在室温下挥发掉溶剂，得到碳60的可溶性聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜在以每秒0.1-1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.30-0.98倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置2秒-18小时，得到一种碳60纳米晶；所述的溶剂为二硫化碳、甲苯、氯苯或邻二氯苯；所述的可溶性聚合物是可以与碳60共溶于二硫化碳、甲苯、氯苯或邻二氯苯溶剂，并能制备出没有大规模相分离的均匀复合薄膜，其作为制备一维碳60纳米晶的基体材料；可溶性聚合物优选可溶性聚噻吩、可溶性聚对苯撑乙烯、可溶性聚芴或聚苯乙烯。
如附图所示，对本发明所制得的样品的透射电子显微学和原位选区电子衍射研究结果表明，所得到的碳60纳米晶体，其直径为10-100纳米，直径优选10-50纳米。从图1至图8所示的透射电子显微图可以看出，同一条件下制得的纳米晶尺寸分布均匀，并且均匀地分散于聚合物基体中而没有明显的聚集。尤其是所得到的碳60纳米晶体，其直径在10-100nm范围任意指定的尺寸可以人为控制并得到。本发明所制得的尺度和分散性可控的一维碳60纳米晶有着重要的应用价值，可用作有机半导体材料，光电器件、超导和磁性材料等。
图1是根据实施例1制备的一维碳60纳米晶的透射电子显微像，其平均直径为25纳米，电子衍射花样确定图中的棒状结构为碳60纳米晶。
图2是根据实施例4制备的一维碳60纳米晶的透射电子显微像，其平均直径为20纳米。
图3是根据实施例5制备的一维碳60纳米晶的透射电子显微像，其平均直径为20纳米。
图4是根据实施例6制备的一维碳60纳米晶的透射电子显微像，其平均直径为50纳米。
图5是根据实施例7制备的一维碳60纳米晶的透射电子显微像，其平均直径为10纳米。
图6是根据实施例8制备的一维碳60纳米晶的透射电子显微像，其平均直径为15纳米。
图7是根据实施例9制备的一维碳60纳米晶的透射电子显微像，其平均直径为20纳米。
图8是根据实施例16制备的一维碳60纳米晶的透射电子显微像，其平均直径为100纳米。
具体实施例方式
实施例1把质量配比为1∶1的等规聚(3-己基)噻吩和碳60溶于邻二氯苯溶剂中，得到总浓度为20毫克/毫升的等规聚(3-己基)噻吩/碳60的邻二氯苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉邻二氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.83倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置5秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为25nm。
实施例2把质量配比为8∶2的等规聚(3-己基)噻吩和碳60溶于邻二氯苯溶剂中，得到总浓度为20毫克/毫升的等规聚(3-己基)噻吩/碳60的邻二氯苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉邻二氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.83倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置5秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为10nm。
实施例3把质量配比为2∶8的等规聚(3-己基)噻吩和碳60溶于邻二氯苯溶剂中，得到总浓度为20毫克/毫升的等规聚(3-己基)噻吩/碳60的邻二氯苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉邻二氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.83倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置5秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为20nm。
实施例4把质量配比为1∶1的等规聚(3-己基)噻吩和碳60溶于邻二氯苯溶剂中，得到总浓度为20毫克/毫升的等规聚(3-己基)噻吩/碳60的邻二氯苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉邻二氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒0.1倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.83倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置5秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为20nm。
实施例5把质量配比为1∶1的等规聚(3-己基)噻吩和碳60溶于邻二氯苯溶剂中，得到总浓度为20毫克/毫升的等规聚(3-己基)噻吩/碳60的邻二氯苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉邻二氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.68倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置5秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为10nm。
实施例6把质量配比为1∶1的无规聚(3-己基)噻吩和碳60溶于邻二氯苯溶剂中，得到总浓度为20毫克/毫升的等规聚(3-己基)噻吩/碳60的邻二氯苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉邻二氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.77倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置5秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为50nm。
实施例7把质量配比为1∶1的聚(2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基癸氧基))-1，4-苯撑乙烯/碳60(质量配比1∶1)溶于邻二氯苯溶剂中，得到总浓度为15毫克/毫升的聚(2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基癸氧基))-1，4-苯撑乙烯/碳60的邻二氯苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉邻二氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.83倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置5秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为10nm。
实施例8把质量配比为1∶1的聚(9，9′-二辛基芴)/碳60(质量配比1∶1)溶于邻二氯苯溶剂中，得到总浓度为30毫克/毫升的聚(9，9′-二辛基芴)/碳60的邻二氯苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉邻二氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.83倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置5秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为15nm。
实施例9把质量配比为1∶1的聚苯乙烯/碳60(质量配比1∶1)溶于邻二氯苯溶剂中，得到总浓度为20毫克/毫升的聚苯乙烯/碳60的邻二氯苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉邻二氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.83倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置5秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为20nm。
实施例10把质量配比为1∶1的聚(2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基癸氧基))-1，4-苯撑乙烯/碳60(质量配比1∶1)溶于邻二氯苯溶剂中，得到总浓度为10毫克/毫升的聚(2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基癸氧基))-1，4-苯撑乙烯/碳60的邻二氯苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉邻二氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.83倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置5秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为10nm。
实施例11把质量配比为1∶1的等规聚(3-己基)噻吩和碳60溶于邻二氯苯溶剂中，得到总浓度为15毫克/毫升的等规聚(3-己基)噻吩/碳60的邻二氯苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉邻二氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.3倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置18小时，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为15nm。
实施例12把质量配比为1∶1的等规聚(3-己基)噻吩和碳60溶于邻二氯苯溶剂中，得到总浓度为20毫克/毫升的等规聚(3-己基)噻吩/碳60的邻二氯苯溶液把该溶液在室温下挥发掉邻二氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.83倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置2秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为25nm。
实施例13把质量配比为1∶1的等规聚(3-己基)噻吩和碳60溶于二硫化碳溶剂中，得到总浓度为20毫克/毫升的等规聚(3-己基)噻吩/碳60的二硫化碳溶液；把该溶液在室温下挥发掉二硫化碳溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.83倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置5秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为25nm。
实施例14把质量配比为1∶1的等规聚(3-己基)噻吩和碳60溶于甲苯溶剂中，得到总浓度为10毫克/毫升的等规聚(3-己基)噻吩/碳60的甲苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉甲苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.83倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置5秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为20nm。
实施例15把质量配比为1∶1的等规聚(3-己基)噻吩和碳60溶于氯苯溶剂中，得到总浓度为10毫克/毫升的等规聚(3-己基)噻吩/碳60的氯苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.83倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置5秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为20nm。
实施例16把质量配比为1∶1的等规聚(3-己基)噻吩和碳60溶于邻二氯苯溶剂中，得到总浓度为20毫克/毫升的等规聚(3-己基)噻吩/碳60的邻二氯苯溶液；把该溶液在室温下挥发掉邻二氯苯溶剂，得到碳60聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.94倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置30秒，得到一种一维碳60纳米晶。其平均直径为100nm。
权利要求
1.一种碳60纳米晶，其特征在于，该纳米晶是一维纳米晶，其直径为10-100纳米。
2.如权利要求1所述的一种碳60纳米晶，其特征在于，所述的碳60纳米晶的直径为10-50纳米。
3.如权利要求1所述的一种碳60纳米晶的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下把质量配比为2∶8-8∶2的可溶性聚合物和碳60溶于溶剂中，得到总浓度为10-30毫克/毫升的可溶性聚合物与碳60的溶液；把可溶性聚合物与碳60的溶液在室温下挥发掉溶剂，得到碳60的可溶性聚合物复合薄膜；在室温下，将该复合薄膜在以每秒0.1-1.0倍二硫化碳饱和蒸气压的升压速率升到0.30-0.98倍二硫化碳饱和蒸气压的气氛下静置2秒-18小时，得到一种碳60纳米晶；溶剂为二硫化碳、甲苯、氯苯或邻二氯苯；所述的可溶性聚合物是可以与碳60共溶于二硫化碳、甲苯、氯苯或邻二氯苯溶剂，并能制备出没有大规模相分离的均匀复合薄膜，其作为制备碳60纳米晶的基体材料。
4.如权利要求3所述的一种碳60纳米晶的制备方法，其特征在于，所述的可溶性聚合物为可溶性聚噻吩、可溶性聚对苯撑乙烯、可溶性聚芴或聚苯乙烯。
全文摘要
本发明属于一种一维碳60纳米晶及其制备方法。该纳米晶是一维纳米晶，其直径为10－100纳米。该碳60纳米晶是通过在碳60聚合物复合薄膜中使用可控溶剂退火诱导的原位生长制备获得的。所得到的碳60纳米晶尺寸分布均匀，其直径在10－100nm之间，在聚合物基体中分散性很好，不产生明显的聚集。尤其是所得到的碳60纳米晶体，其直径在10－100nm范围任意指定的尺寸可以人为控制并得到。本发明所制得的尺度和分散性可控的一维碳60纳米晶有着重要的应用价值，可用作有机半导体材料，光电器件、超导和磁性材料等。
文档编号C01B31/00GK101054719SQ20071005535
公开日2007年10月17日 申请日期2007年2月14日 优先权日2007年2月14日
发明者杨小牛, 鲁广昊 申请人:中国科学院长春应用化学研究所