专利名称：碳纳米材料分散液及其制备方法、碳纳米材料结构体的制作方法
技术领域：
本发明涉及碳纳米材料分散液及其制备方法和碳纳米材料结构体。
背景技术：
开发使碳纳米管分散的简单方法对碳纳米管在各个领域中的利用以及对碳纳米 管的物性的详细了解有着极为重要的作用。特别是对于具备根据手性指数(n，m)而显示金 属或半导体性质这种饶有趣味的电气特性的单层碳纳米管(SWNTs)是很重要。但是，碳纳米管由于强范德华引力而极易凝聚成束状或绳索状，这妨碍了作为纳 米材料的使用。因此，为了使单层碳纳米管分散于溶剂之中，已经披露了包含表面活性剂、 卟啉、多环芳香烃、DNA、肽和多糖类等在内的各种分散介质(非专利文献1 10)。另外， 认为碳纳米管的顺利分散也和适应粗细或手性的选择性分离有关(非专利文献11 13)。在现有的碳纳米管分散方法中，为了有效地分散，需要使用焊接(* 一 > )型大功 率超声波发生器来处理含有分散剂的单层碳纳米管悬浊液。然而，倘若施加这种强有力的 处理，单层碳纳米管的固有特性就会受损。因此，一直在寻求通过更加缓和的处理高效分散 碳纳米管的方法。非专禾Ij文献 1 :M.J.O，Connell，S. M.Bachilo，C. B. Huffman，V.C.Moore， Μ. S. Strano, Ε. H. Haroz, K. L. Rialon, P. J. Boul, W. H. Noon, C. Kittrell, J. Ma, R. H. Hauge, R. B. ffeisman, R. E. Smalley, Science 297 (2002)593。非专利文献2 :Y. Lin, S. Taylor, H. Li, K. A. S. Fernando, L. Qu, W. Wang, L. Gu, B. Zhou, Y. -P. Sun :J. Mater. Chem. 14 (2004) 527。非专利文献 3 :V. C. Moore, M. S. Strano, E. H. Haroz, R. H. Hauge, R. E. Smalley Nano Lett. 3(2003) 1379。非专利文献4 :H. Li, B. Zhou, Y. Lin, L. Gu, W. Wang, K. A. S. Fernando, S. Kumar, L. F. Allard, Y. -P. Sun :J. Am. Chem. Soc. 126 (2004) 1014。非 专禾丨J 文献 5 :Y. Tomonari, H. Murakami, N. Nakashima :Chem. Eur. J. 12(2006)4027。非专禾Ij 文献 6 :G. Nakamura, K. Narimatsu, Y. Niidome, N. Nakashima Chem. Lett. 36(2007) 1140。# # ^lJ i K 7 :N. Nakashima, S. Okuzono, H. Murakami, Τ. Nakai, K. Yoshizawa Chem. Lett. 32(2003)456。非专利文献 8 :Μ. Zheng, Α. Jagota, Ε. D. Semke, B. Α. Diner, R. S. Mclean, S. R. Lustig, R. Ε. Richardson, N. G. Tassi :Nature Mater. 2 (2003) 338。
非专利文献 9 :A. 0. -Acevedo, H. Xie, V. Zorbas, W. Μ. Sampson, Α. B. Dalton, R. H. Baughman , R. K. Draper, I. H. Musselman, G. R. Dieckmann J. Am. Chem. Soc.127 (2005)9512ο非专利文献10 :T. Takahashi, C. R. Luculescu, K. Uchida, Τ. Ishii, H. Yajima Chem. Lett. 34(2005) 1516。非专利文献11 :N. Minami，Y. Kim, K. Miyashita, S. Kazaoui，B. Nalini =Appl. Phys.Lett. 88(2006)093123。非专利文献 12 :M. Zheng, A. Jagota, Μ. S. Strano, Α. P. Santos, P. Barone, S. G. Chou, B. Α. Diner, Μ. S. Dresselhaus, R. S. Mclean, G. B. Onoa, G. G. Samsonidze, Ε. D. Semke, Μ. Usrey, D. J. Walls =Science 302 (2003) 1545。非专禾丨J 文献 13 :R. Krupke, F. Hennrich, H. V. Lohneysen, Μ. Μ. Kappes :Science 301(2003)344。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术中的问题而进行的，本发明的一个目的在于提供一种 通过温和的处理制备分离成单根的碳纳米材料的分散液的方法。并且，发明的另一个目的 是提供一种以分离成单个的状态分散的碳纳米材料的分散液。为了解决上述问题，本发明的碳纳米材料分散液的制备方法的特征在于，包括把 碳纳米材料和含有具有双亲和性的三亚苯衍生物的分散介质混合而调制组合物的步骤；以 及对上述组合物进行物理分散处理的步骤。在调制上述组合物的步骤中，优选分多次将所需量的上述分散介质添加到上述碳 纳米材料中。并且，优选反复进行向碳纳米材料添加上述分散介质所需量的1/3 1/10分 散介质的步骤以及进行物理分散处理的步骤。根据该制备方法，含于分散介质中的三亚苯衍生物会优先吸附在碳纳米材料上， 其双亲和性可使碳纳米材料溶解，通过对所得组合物进行物理分散处理，就可以容易地获 得以各自孤立的状态分散的碳纳米材料的分散液。另外，通过对这样获得的分散液进行超速离心分离处理等，就可以容易地除去无 定形碳、碳粒子等杂质和碳纳米管的凝聚物。优选上述三亚苯衍生物是半导体。若采用这样的制备方法，由于碳纳米材料以吸 附着作为半导体的三亚苯衍生物的状态分散在分散介质中，获得的碳纳米材料分散液就特 别适于制备半导体元素制造用碳纳米材料。优选上述分散介质含有式(1)所示结构式的上述三亚苯衍生物。其中，Rl R6是 氢或式(2)所示结构式的取代基，其中至少一个是式(2)所示的取代基，式(2)中所示的A 是烷基链，X是具有亲水性的基团。在该制备方法中所使用的三亚苯衍生物中，由于中央的三亚苯骨架部会优先吸附 于碳纳米材料的周壁上，这样就可以获得碳纳米材料的分散性优异的碳纳米材料分散液。 另外，在三亚苯骨架部的侧链处设计的烷基链盘绕着吸附在碳纳米材料上，按照其长度显 示对特定粗细(手性系数)的碳纳米材料的亲和性。因此，通过使用式(1)所显示的三亚 苯衍生物，就可以容易地制备出含有特定粗细(手性系数)的碳纳米材料的碳纳米材料分
6散液。[化学式1]
权利要求
一种碳纳米材料分散液的制备方法，其特征在于，包括把碳纳米材料和含有具有双亲和性的三亚苯衍生物的分散介质混合而调制组合物的步骤；以及对所述组合物进行物理分散处理的步骤。
2.根据权利要求1所述的碳纳米材料分散液的制备方法，其特征在于，所述三亚苯衍 生物是半导体。
3.根据权利要求1或2所述的碳纳米材料分散液的制备方法，其特征在于， 所述分散介质含有具有式(1)所示结构的所述三亚苯衍生物，其中，Rl R6是氢或式(2)所示结构式的取代基，且Rl R6中至少一个是式(2)所 示的取代基，式(2)所示的A是烷基链，X是具有亲水性的基团， [化学式1][化学式2] -O-A-X (2)。
4.根据权利要求3所述的碳纳米材料分散液的制备方法，其特征在于，所述三亚苯衍 生物的所述Rl R6中的每一个都是式(2)所示的取代基，所述Rl R6各自所含的烷基 链的长度相同。
5.根据权利要求1或2所述的碳纳米材料分散液的制备方法，其特征在于， 所述分散介质含有具有式(3)所示结构的多环芳香烃，其中，R7 R14是氢或式(2)所示的结构式的取代基，且R7 R14中至少一个是式(2) 所示的取代基，式(2)中所示的A是烷基链，X是具有亲水性的基团， [化学式3][化学式4] -O-A-X (2)。
6.根据权利要求5所述的碳纳米材料分散液的制备方法，其特征在于，所述多环芳香烃的所述R7 RlO中的每一个都是式(2)所示的取代基，所述R7 RlO各自所含有的烷 基链的长度相同。
7.根据权利要求4或6所述的碳纳米材料分散液的制备方法，其特征在于，在所述分散 介质中含有所述烷基链的长度不同的多种所述三亚苯衍生物或所述多环芳香烃。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的碳纳米材料分散液的制备方法，其特征在于， 所述X是选自于羧基、磺酸基、磷酸基中一种以上的酸性基团或其盐，或者是氨基或取代氨基。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的碳纳米材料分散液的制备方法，其特征在于，所 述物理分散处理是使用浴式超声波照射装置的处理。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的碳纳米材料分散液的制备方法，其特征在于， 所述碳纳米材料是单层或多层碳纳米管。
11.一种碳纳米材料分散液，其特征在于，使碳纳米材料分散在含有具有双亲和性的三 亚苯衍生物的分散介质中。
12.根据权利要求11所述的碳纳米材料分散液，其特征在于，所述三亚苯衍生物是半 导体。
13.根据权利要求11或12所述的碳纳米材料分散液，其特征在于，所述分散介质含有 式(1)所示结构式的所述三亚苯衍生物，其中，Rl R6为氢或式(2)所示结构式的取代基，且Rl R6中至少一个为式(2)所 示的取代基，式(2)中所示的A是烷基链，X是具有亲水性的基团， [化学式5]
14.根据权利要求13所述的碳纳米材料分散液，其特征在于，所述三亚苯衍生物的所 述Rl R6中的每一个都是式(2)所示的取代基，所述Rl R6各自所含有的烷基链的长 度相同。
15.根据权利要求11或12所述的碳纳米材料分散液，其特征在于，所述分散介质含有 式(3)所示结构式的多环芳香烃，其中，R7 R14是氢或式(2)所示结构式的取代基，且R7 R14中至少一个是式(2) 所示的取代基，式(2)中所示的A是烷基链，X是具有亲水性的基团， [化学式7]
16.根据权利要求15所述的碳纳米材料分散液，其特征在于，所述多环芳香烃的所述 R7 RlO中的每一个都是式(2)所示的取代基，所述R7 RlO各自所含的烷基链的长度相同。
17.根据权利要求14或16所述的碳纳米材料分散液，其特征在于，在所述分散介质中 含有所述烷基链的长度不同的多种所述三亚苯衍生物或者所述多环芳香烃。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的碳纳米材料分散液，其特征在于，所述X是 选自于羧基、磺酸基、磷酸基中一种以上的酸性基团或其盐，或者是氨基或取代氨基。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的碳纳米材料分散液，其特征在于，所述碳纳 米材料是单层或多层碳纳米管。
20.一种碳纳米材料结构体，其特征在于，所述碳纳米材料结构体是通过干燥固化根据 权利要求11至19中任一项所述的碳纳米材料分散液而形成的。
全文摘要
本发明提供了一种通过温和的处理制备分离成单根的碳纳米材料的分散液的方法。本发明的碳纳米材料分散液的制备方法的特征在于，包括将碳纳米材料和含有具有双亲和性的三亚苯衍生物的分散介质混合并调制组合物的步骤；以及对该组合物进行物理分散处理的步骤。
文档编号C01B31/02GK101945822SQ200980104968
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月13日 优先权日2008年2月14日
发明者丸山茂夫, 加藤大, 宫内雄平, 山本竜広, 相田卓三, 福岛孝典 申请人:国立大学法人东京大学