专利名称：通过氟化作用切割单壁碳纳米管的方法
技术领域：
本发明在总体上涉及单壁碳纳米管，更具体地涉及通过氟化和热解切割单壁碳纳米管的方法。
背景技术：
单壁碳纳米管(SWNT)，通常被称为“巴基管”，具有独特的性质，包括高强度，刚度，热传导和导电性。SWNT是中空管状的富勒烯分子，基本由sp2杂化碳原子组成，基本上以六边形或五边形排列。单壁碳纳米管通常具有约0.5纳米(nm)至约3.5nm范围的直径，长度通常大于约50nm。单壁碳纳米管的背景信息参见B.I.Yakobson和R.E.Smalley在《美国科学家》(AmericanScientist)第85卷，7-8月，1997，第324-337页和Dresselhaus等人在《富勒烯科学和碳纳米管》(Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes)，1996，San DiegoAcademic Press，第19章中所述内容。
单壁碳纳米管通常是用碳原料和金属催化剂在高温过程中制备的，金属催化剂中通常包含VIb族和/或VIIIb族的过渡金属。合成单壁碳纳米管的方法包括直流电弧过程；掺杂有过渡金属原子的石墨的激光蒸发；一氧化碳等含碳原料气体的高温高压气相合成；和挥发性过渡金属催化剂前体的化学蒸汽沉积(CVD)过程，其中，从含碳气体制得的单壁碳纳米管形成于纳米级金属催化剂颗粒上，而催化剂颗粒可以被承载于基片或催化剂载体上。
所有已知的合成单碳纳米管的方法还产生各种反应产物，包括但并不限于单壁碳纳米管，无定形碳，金属催化剂残余，以及，在某些情况下，多壁碳纳米管。制得产物的分布取决于制备过程和过程中采用的操作条件。除了反应产物各不相同之外，不同的过程种类和操作条件还会制得其直径和长度具有特定分布的单壁碳纳米管。总体而言，如此制得的单壁碳纳米管的长度超过大约50nm，通常大于约100nm。一般而言，单壁碳纳米管的长度在大约1和10微米范围内。
较短长度的纳米管通常适用于各种应用，比如，用于平板显示器，用于复合材料，和作为纳米管进一步生长的“晶种”。要通过已知的单壁碳纳米管制造过程获得这样较短的长度是不经济的或不方便的，因为如此合成的纳米管通常比要求长度长得多，而且，在许多情况下，是非常凌乱的或成束状的。要切割或使单壁碳纳米管变得更短是很复杂的，有两个主要因素。首先，纳米管在水和大部分普通溶剂中的溶解度非常小。其次，单壁碳纳米管以束状形式“纠缠”在一起的倾向很强，这些束状物通过范德华力被紧紧固定在一起。纠缠现象形成以成排的束状物或绳状物形式排列的单壁碳纳米管聚集体。这些聚集体是非常紧密结合的，一对沿着其长度彼此接触的单壁碳纳米管之间的结合能高达约500电子伏特/微米。
切割或使单壁碳纳米管变短的方法包括化学方法，比如氧化性酸处理；包括物理方法，比如物理磨损和声处理；以及这些方法的组合。在一种使单壁碳纳米管变得更短的化学方法中，用浓缩硫酸和硝酸的混合物对SWNT进行氧化处理。(参见参考文献中世界专利出版物WO 98/39250，“由单壁碳纳米管形成的碳纤维”，于1998年9月11日出版，和Liu等人在《科学》(Science)280，(1998)第1253页所述内容。这二者均结合在此供参考。)也可以使用物理方法切割或使单壁碳纳米管变得更短。切割纳米管的物理方法实例包括但并不限于，磨损，如G.Maurin等人在“分段和开口的多壁碳纳米管”(Segmentedand opened multi-walled carbon nanotubes)，《碳》(Carbon)39(2001)，第1273-1287页中所述；声处理，如K.B.Shelimov等人在“用超声辅助过滤纯化单壁碳纳米管”(Purification of single-wall carbon nanotubes byultrasonically assisted filtration)，《化学物理通讯》(Chem.Phys.Lett.)，282(1998)第429-434页中所述；和应用电压，如A.Rubio等人在“用扫描隧道显微镜切割碳纳米管的机理”(A mechanism for cutting carbon nanotubeswith a scanning tunneling microscope)，Eur.Phys.J.B，17(2000)第301-308页中所述。另一种切割单壁碳纳米管的方法可以同时包括化学和物理方法。切割单壁碳纳米管的组合方法实例中，对单氯苯溶液中的单壁碳纳米管和聚甲基丙烯酸甲酯混合物进行声处理和匀质化处理，如Yudasaka等人在《应用物理A》(Appl.Phys.A)71，(2000)第449-451页中所述。
发明概述在一个实施例中，本发明涉及通过氟化和热解切割单壁碳纳米管的方法。在另一个实施例中，切割碳纳米管的方法包括以下步骤纯化单壁碳纳米管，将单壁碳纳米管与一种氟化剂反应形成具有CFx化学计量学的部分氟化纳米管，其中x小于约0.3，在高达约1000℃的惰性气氛或真空环境中热解该部分氟化纳米管。在本发明的另一个实施例中，单壁碳纳米管的平均长度是约50nm。在另一个实施例中，本发明切割的单壁碳纳米管通过连接一个官能团形成衍生物。
可以对切割的单壁碳纳米管(切割SWNT)重复任意次数的氟化步骤，形成更短长度的切割SWNT。本发明的另一个实施例涉及切割SWNT的化学改性和操作。
本发明的方法特别适用于制造“切割”的单壁碳纳米管。被切割成特定长度的单壁碳纳米管可以被用于各种应用中，包括但并不限于(a)特定种类纳米管进一步生长的“晶种”；(b)内生金属，无机盐或有机分子的载体；(c)用于治疗癌症的化学治疗药物和生物化学药物的载体；(d)用于原子力显微镜尖端的短而硬的探针；(e)平板显示器和电视屏幕中的低压电子发射极；(f)用于聚合物复合材料的加强物，作为原始纳米管，作为氟化纳米管或作为具有烷基，氨基，羟基或其他取代基的衍生纳米管；(g)用于氟管/锂电化学电池的氟来源，这种电池具有比原始氟管更高的电压和更长的寿命，原始氟管是非常凌乱和成束状现象非常严重的；和(h)作为油脂的润滑添加剂。
本发明具体实施的详述在一个实施例中，本发明涉及通过氟化和热解切割单壁碳纳米管的一种方法。在另一个实施例中，切割碳纳米管的方法包括以下步骤，纯化单壁碳纳米管，将单壁碳纳米管与一种氟化剂反应形成具有CFx化学计量的部分氟化纳米管，其中x小于约0.3，和在高达约1000℃的惰性气氛或真空环境中热解部分氟化的纳米管以切割纳米管。在本发明的另一个实施例中，单壁碳纳米管的平均长度大约是50nm。在另一个实施例中，本发明切割的单壁碳纳米管通过连接一个官能团形成衍生物。
在另一个实施例中，切割单壁碳纳米管的方法中包括以下步骤，部分氟化单壁碳纳米管，在氮气或惰性气氛中热解部分氟化的单壁碳纳米管，形成切割SWNT。通过在热解前调节氟-碳的比例或者通过重复氟化和切割步骤，可将SWNT切割成任何指定长度。还可以对切割SWNT进行改性和官能化。在本发明的另一个实施例中，可以对切割的单壁碳纳米管进行再次氟化和连接官能团形成衍生物，与之反应的物质包括但并不限于胺，烷基锂化合物，格氏试剂，醇和过氧化物。
适用于本发明的单壁碳纳米管的已知制备方法包括但并不限于，电弧放电；激光烧蚀；火焰合成；高温高压全气相方法；化学蒸汽沉积；及其组合。对于某些应用而言，优选进行纯化，可以用任何已知方式完成。纯化纳米管材料能除去无定形碳，金属杂质和非纳米管碳。纯化碳纳米管的适用过程如参考文献中世界专利出版物“纯化单壁碳纳米管的过程及其组合物的方法”(Process for Purifying Single-Wall Carbon Nanotubes and CompositionsThereof)，即于2002年8月2日出版的WO 02/064869，和“纯化单壁碳纳米管的气相过程及其组合物”，即于2002年8月22日出版的WO 02/064868所述。二者全部引为参考。
在部分氟化之前，可以在惰性环境或超高真空环境中加热SWNT以除去吸附的气体。
氟化单壁碳纳米管的侧壁和末端的方法如参考文献中2000年3月30日出版的世界专利WO 00/17107和Mickelson等人在《化学物理通讯》(Chem.Phys.Lett.)296，(1998)第188-194页中所述，二者均在此引为参考。这些氟化方法都能使氟与单壁碳纳米管结构中的碳原子共价键合，同时保持纳米管的壁结构。
SWNT的部分氟化包括，将SWNT与一种可选经过稀释的氟化剂反应，并小心地控制反应条件，比如温度，压力，持续时间等，从而控制纳米管的碳-氟化学计量。与化学计量是CF0.5的完全氟化相比，用于切割纳米管的部分氟化一般包括CFx化学计量，其中的x在0.01到约0.3的范围内，更通常在约0.1到约0.2的范围内。总体而言，如果纳米管中的氟含量较多的话，则切割管的长度较短。相反，如果纳米管中的氟含量较少的话，则切割管的长度较长。
氟化剂可以是任何能氟化单壁碳纳米管的物质。氟化剂优选是一种气体，包括但并不限于F2，ClF3，BrF3，IF5，HF，XeF2，XeF4，XeF6，及其组合。氟化剂可选被一种气相稀释剂所稀释，稀释剂包括但并不限于氮气和惰性气体，比如氩气，及其组合。在另一个实施例中，还可以将氢气与氟化剂混合。在该实施例的一个例子中，适用氟化混合气可以是其中包含约1体积％F2和1体积％H2的氮气，一种惰性气体或其组合。F2与H2混合会生成HF，也是另一种优选的在反应时产生的氟化剂。
可以改变部分氟化反应的温度，压力和持续时间，形成适用于提供部分氟化单壁碳纳米管的条件组合。总体而言，氟化温度范围可以从至少约-80℃到约400℃，优选是约50℃到约250℃，更优选是约50℃到约150℃。总体而言，氟化时氟化剂的分压范围可以从约1毫托到约1000托。总体而言，氟化的持续时间范围可以从约1秒到若干周，更通常是约1秒到约12小时。
在本发明的一个实施例中，使用一个气流反应器来制备部分氟化的SWNT。在这个实施例中，一种气相氟化剂与SWNT反应，部分氟化纳米管。该气相氟化剂可以被氮气，一种惰性气体，或其混合气体稀释。该气流中活性氟化剂的浓度在约0.01体积％到约100％之间变动。
在本发明的一个实施例中，部分氟化可以通过一个或多个不连续的氟化步骤完成。在本发明的另一个实施例中，部分氟化可以通过渐进连续方式完成。
虽然没有理论支持，但是据信纳米管发生较多程度氟化后能生成长度更短的切割纳米管。一些氟化条件会导致在纳米管上发生比获得指定长度的切割SWNT所要求的更过量的氟化。在这些情况下，可以在热解前从纳米管上除去一些氟。可以用还原剂对氟化纳米管进行脱氟化。这些还原剂包括但并不限于肼(N2H4)，烷基肼，氨(NH3)，胺，氢化锂铝(LiAlH4)，氢气(H2)，及其组合。
在总体而言是惰性的气氛中加热p-F-SWNT，热解部分氟化的SWNT(p-F-SWNT)生成切割SWNT，惰性气氛可以是氮气或惰性气体，比如氩气，或在真空环境中，比如在超高真空(UHV)中。总体而言是惰性的气氛压力可以是任何能在热解时切割p-F-SWNT的压力。压力范围可以是从真空(比如，约10-5托)到约10000托的压力。
热解温度可以是能切割部分氟化SWNT的任意温度。总体而言，热解温度的范围在约50℃和约1500℃之间，优选在约50℃和约1000℃之间。在一个实施例中，热解温度包括但并不限于，600℃，700℃，800℃，900℃，和1000℃，温度保持时间包括但并不限于1到4小时。在另一个实施例中，热解包括一系列不连续的热解温度和时间。在另一个实施例中，温度随时间缓慢降低或升高。“缓慢”是指温度斜率在约1℃/分和约50℃/分的范围内。优选温度斜率在约5℃/分和约25℃/分的范围内，更优选在约5℃/分和约10℃/分的范围内。在另一个实施例中，热解中使用连续的温度变化和不连续的温度变化。
虽然不受理论的约束，但是氟化作用是在纳米管圆周上以带状发生的，形成带状的氟化区域(参见K.F.Kelly等人在《化学物理通讯》(Chem.Phys.Lett.)313(1999)第445-450页所述)。同样不受理论束缚，但是据发现纳米管的切割是在纳米管的氟化带和氟化区域上发生的。低温热处理有助于氟在纳米管上的重排。这样的低温热处理可以在热解部分氟化的碳纳米管之前完成，或者将其与肼或其他能从纳米管上除去氟的分子反应，除去部分氟化的碳纳米管中的一些氟的部分氟化的碳纳米管的热解之前完成。典型低温热处理的温度范围是从约30℃到约200℃。通常，热处理的持续时间是从约1小时到约24小时。
热解会使碳氟物质从纳米管中释放出来并切割纳米管。SWNT可以被切割成任何要求的长度。切割SWNT的长度有一个长度分布，其平均长度取决于以下因素但并不限于这些因素，比如部分氟化的程度，氟化剂，纳米管的原始长度，氟化时间和温度，和热解时间及温度曲线。
在通过热解切割部分氟化的纳米管之后，一些切割SWNT可以是被范德华吸引力紧密结合在一起的单壁碳纳米管的短束状或“绳状”形式的。
在另一个实施例中，可以将切割SWNT在一种氧化性酸(比如，硫酸或硝酸)中进行回流。虽然不受理论的约束，但是据信这种处理能对纳米管进行官能化，连接上羧酸基团和其他含氧基团。以这种方式被氧化的切割SWNT能在醇(比如，乙醇)中形成溶液和/或特别稳定的悬浮体。
在另一个实施例中，可以对切割SWNT进行再氟化形成短F-SWNT，而短F-SWNT可以被进一步切割成更短长度的纳米管。这种更短的切割SWNT能形成与切割SWNT绳类似的更短的SWNT绳。这种短F-SWNT能溶于醇(比如，异丙醇)中，可以进一步与强亲核试剂反应，这些亲核试剂包括但并不限于胺，烷基锂，格氏试剂，烷基铝，硼烷，及其组合。
通过部分氟化和后续热解切割SWNT，以及切割SWNT的进一步衍生化涉及各种相关参数(比如，数量，纯度，反应时间等)。切割和衍生化过程可以被放大，这种放大过程也在本发明的范围内。
通过以下实例说明本发明的优选实施例。本领域技术人员通过发明人在实例中公开的代表性技术能更好地实施本发明，应该视其为优选实施方式。但是，本领域技术人员阅读了本发明之后能够理解，可以在不超过本发明原理和范围的情况下对所公开的特定实施例作出许多变化，但仍然获得相同或类似的结果。
附图简要说明附
图1所示是(a)纯化的HIPCO SWNT，(b)具有大约CF0.2组成的部分氟化SWNT，和(c)切割SWNT的拉曼光谱对比。
附图2所示是(a)具有大约CF0.2组成的部分氟化的SWNT，和(b)切割的SWNT的ATR-IR光谱。
附图3所示是具有大约CF0.2组成的部分氟化的SWNT在氩气中热解的TGA图。曲线(a)所示是温度随时间上升时的重量损失(总量的重量％)。曲线(b)所示是重量损失的导数(重量％损失/分)。
附图4所示是F-SWNT在氩气中热解时所释放出气体的IR光谱。光谱(a)在t＝52.37到76.44分钟时取得，对应的温度范围是约300到560℃。光谱(b)在t＝76.54到113.11分钟时取得，对应的温度范围是约560到900℃。
附图5所示是CF0.2热解的TGA百分重量损失曲线的导数曲线。该化学图谱表示F-SWNT在氩气中热解时释放各种气体的温度范围。
附图6所示是F-SWNT的AFM图象。
附图7所示是切割SWNT的AFM图象。
附图8所示是切割SWNT的长度分布直方图。
附图9所示是切割SWNT的官能化反应。
本发明优选实施方式实施例1本实施例说明了通过氟化切割单壁碳纳米管。HIPCO单壁碳纳米管是用高温高压铁催化的一氧化碳歧化全气相方法制备的(HIPCO是CarbonNanotechnologies，Inc.，Houston，Texas的注册商标)。用这种方法制备的纳米管的平均直径通常是约1.0nm。
在氟化之前，纯化SWNT以除去无定形碳和残余的铁催化剂颗粒，这些物质中的大部分都被包封在碳外壳中。然后将纯化的单壁碳纳米管置于配备有连续鼓吹氦气设备的控温电炉中。
电炉温度被控制在50±5℃。向电炉中引入F2和氦气的混合物，混合物中F2的浓度是约1体积％。这种1％F2/H2混合物以受控流速通入SWNT并保持2小时。氟与SWNT反应生成部分氟化的SWNT。小心控制氟化条件，将纳米管氟化成大约是CF0.2的组成，可以通过能量分散X射线光谱(EDS或EDAX)验证。
然后以大约10℃/分的速率将部分氟化的SWNT加热至约1000℃，在氩气中热解部分氟化的SWNT。热解过程中，利用与傅立叶变换红外(FT-IR)光谱连用的热重分析仪(TGA)，对在热解时的各种时间和温度所释放的物质进行定性和定量分析。
用拉曼光谱研究C-F键合特性，使用780.6nm的激发激光和衰减全反射红外(ATR-IR)光谱。附图1所示是氟化和热解时SWNT的拉曼光谱。附图1曲线(a)所示是已纯化HIPCO SWNT的典型拉曼光谱。该光谱表示了位于170-270cm-1区域中的清晰径向呼吸模式(RBM)峰，位于约1592cm-1处的强而尖的切线模式峰，和位于约1292cm-1处的非常低强度的“杂乱”模式峰。该光谱说明已纯化的SWNT具有非常少的侧壁缺陷。(Journet等人，《自然》(Nature)388，756(1997))。
附图1曲线(b)所示是F-SWNT的拉曼光谱。“杂乱”模式峰表示了强度的特征增加，说明氟化的纳米管中具有大量的sp3杂化碳原子。RBM和切线模式区域中拉曼光谱的变化说明了SWNT中氟对碳的键合结构和对称性变化。
F-SWNT的ATR-IR光谱如附图2曲线(a)所示。1111cm-1和1221cm-1处的峰分别来自于半共价和共价的C-F键，使用氟化石墨作为对比点(参见Nakajima，《氟-碳和氟-碳材料，化学，和物理》(Fluorine-Carbon andFluoride-Carbon Materials，Chemistry，and Physics)，Marcel Dekker(1995))。1545cm-1处的峰来自于碳纳米管侧壁中由附近C-F键引发的C＝C双键拉伸模式(C＝C双键拉伸模式通常不存在于原始单壁碳纳米管中)。C＝C双键吸附峰的低相对强度说明氟化后纳米管含有位于侧壁上的未氟化区域。
附图3曲线(a)所示是F-SWNT在热解加热时的TGA重量损失。百分重量损失曲线说明热解时的整体重量损失大约是45％。附图3曲线(b)给出了重量损失曲线的时间导数，并表示出重量损失的主要区域。第一个主要重量损失发生在大约300℃和大约560℃之间；第二主要重量损失发生在大约560℃和大约1000℃之间。温度连续上升至大约1000℃之后，将1000℃的温度保持1小时。在等温1000℃加热时，重量损失拉平至约45重量％，说明热解产生的部分氟化和切割并没有完全损坏纳米管。
用FTIR测定F-SWNT热解时释放出的气相物质的组成和数量。确定的主要气相物质包括CF4，COF2和CO2，如附图4中所示。(氧气的来源并未确定，但可能是氩气中的一种杂质。)附图5中给出的化学图谱表示了热解中释放的主要气相物质的相对浓度和时间/温度。CO2和COF2通常是在300℃和560℃的温度范围内释放的，而CF4在大约560℃和更高温度时释放。因此，有两个释放氟化物质的主要区域；首先，CO2和COF2在大约300℃和大约560℃之间释放；其次，CF4在560℃和更高温度处释放。
TGA图谱和IR光谱说明，在热解F-SWNT时，许多氟和一定量的碳被从碳纳米管中被除去。但是，碳的损失并不会导致SWNT的完全毁坏和崩溃。热解后对碳残余物的研究发现，在高达1000℃热解原始纳米管之后，大约有55％的质量保留着。
除了切割纳米管之外，热解还能从SWNT中除去许多氟。从附图2曲线(b)中给出的切割SWNT的ATR-IR光谱中发现，热解后C-F和C-F引发的C＝C峰消失。切割SWNT的EDAX元素分析也说明，热解后切割SWNT中的氟含量小于0.2原子％。
切割SWNT的拉曼光谱如附图1曲线(c)所示。切线模式相比杂乱模式的相对高强度说明，管状SWNT结构在热解时得以保持。杂乱模式相对强度的明显降低反映了热解时纳米管样品中sp3碳和sp2碳相对量的变化。
还用原子力显微镜(AFM)分析切割SWNT。制备用于AFM成像的切割SWNT时，将纳米管用超声辅助方法分散在1重量％的十二烷基硫酸钠(SDS)表面活性剂水溶液中，并沉积在硅圆片上。部分氟化SWNT的AFM图像如附图6中所示。热解后切割SWNT的典型AFM图像如附图7中所示。切割SWNT的长度分布直方图如附图8中所示。根据AFM的测量可知，本实施例中切割SWNT束的平均长度大约是40nm，有大约80％短于60nm。相反，大部分未切割的部分氟化SWNT具有大于1μm的长度，如附图6中所示。AFM“高度”分析说明，未切割的部分氟化SWNT的平均束尺寸(即，纳米管束的直径)大约是8nm，而切割SWNT的平均束直径大约是6nm。
实施例2本实施例说明了一系列适用于制造具有不同碳-氟化学计量的部分氟化单壁碳纳米管的实验条件。可变量包括氟化温度在大约50℃和150℃的范围内，氟化时间在大约1小时和4小时范围内，氟(F2)气体浓度在0.2体积％和10体积％范围内。从不同实验条件中可以获得各种氟化程度的单壁碳纳米管。氟化程度以CFx化学计量表示，其中x在0.06到0.3范围内。纳米管的氟化实验条件和氟化程度如表1中所示。
表1
实施例3本实施例说明对氟化SWNT进行脱氟化能从纳米管中除去一些氟。将HIPCO单壁碳纳米管氟化成碳-氟化学计量为CF0.25和CF0.5。对氟化纳米管进行脱氟化，生成具有碳-氟化学计量分别是大约CF0.05(大约C20F)和大约CF0.017(大约C60F)的部分氟化纳米管。
实施例4本实施例说明了制备官能化的切割SWNT的方法。附图9所示是切割SWNT的反应。在反应“A”中，切割SWNT与1摩尔/升的HNO3(水溶液)反应，并沸腾回流15到20小时，生成可溶于乙醇的氧官能化SWNT，其特征是SWNT上具有氧和羟基。
在反应“B”中，切割SWNT与一种F2和HF的气相混合物在大约150℃反应约12小时，生成可溶于异丙醇(IPA)的末端和侧壁氟化的切割SWNT(F-切割SWNT)。
在反应“C”中，F-切割SWNT进一步与己基锂在-40℃反应。在该反应中，己基取代氟基团生成可溶于己烷的己基衍生的切割SWNT。
按照本说明书制造和实施这里所公开和要求的所有组成和方法时不需要过多实验。而本发明的组成和方法都以优选实施例的形式进行说明，在本发明概念，原理和范围内按照顺序应用这些组成和方法，或者对其进行变化，对本领域技术人员而言是显而易见的。更具体地说，利用某些化学相关的试剂代替所述试剂取得相同或相似的结果是显而易见的。对本领域技术人员而言是显而易见的所有这些相似的替代和改进，都属于权利要求所定义的本发明原理，范围和概念。
权利要求
1.一种切割单壁碳纳米管的方法，包括(a)将一种氟化剂与单壁碳纳米管反应，形成部分氟化的单壁碳纳米管；和(b)热解该部分氟化的单壁碳纳米管，生成切割的单壁碳纳米管。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于该氟化剂选自F2，ClF3，BrF3，IF5，HF，XeF2，XeF4，XeF6，及其组合。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于还包括纯化该单壁碳纳米管。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于该氟化剂是F2。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于该氟化剂是HF。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于将氢与该氟化剂混合。
7.如权利要求1所述方法，其特征在于该氟化剂被一种选自氮气，惰性气体，氩气及其组合的气体所稀释。
8.如权利要求1所述方法，其特征在于该氟化剂的浓度在大约0.001体积％和100体积％的范围内。
9.如权利要求1所述方法，其特征在于该氟化剂的浓度在大约0.02体积％和大约10体积％的范围内。
10.如权利要求1所述方法，其特征在于氟化是在大约-80℃和大约400℃范围内的温度下完成的。
11.如权利要求1所述方法，其特征在于氟化是在大约50℃和大约250℃范围内的温度下完成的。
12.如权利要求1所述方法，其特征在于氟化是在大约50℃和大约150℃范围内的温度下完成的。
13.如权利要求1所述方法，其特征在于该部分氟化的单壁碳纳米管具有CFx化学计量，其中x在大约0.01和大约0.3的范围内。
14.如权利要求1所述方法，其特征在于该部分氟化的单壁碳纳米管具有CFx化学计量，其中x在大约0.1和大约0.2的范围内。
15.如权利要求1所述方法，其特征在于还包括从该部分氟化的单壁碳纳米管中除去一部分氟。
16.如权利要求1所述方法，其特征在于还包括在惰性气氛中加热该部分氟化的单壁碳纳米管。
17.如权利要求16所述方法，其特征在于加热是在大约30℃和大约200℃范围内的温度下完成的。
18.如权利要求16所述方法，其特征在于加热是在大约1和大约24小时范围内的时间内完成的。
19.如权利要求16所述方法，其特征在于加热是在热解前进行的。
20.如权利要求1所述方法，其特征在于热解是在一种选自氮气，惰性气体，氩气及其组合的气氛中进行的。
21.如权利要求1所述方法，其特征在于热解是在真空环境中进行的。
22.如权利要求1所述方法，其特征在于热解是在大约50℃和大约1500℃范围内的温度下完成的。
23.如权利要求1所述方法，其特征在于热解是在大约50℃和大约1000℃范围内的温度下完成的。
24.如权利要求1所述方法，其特征在于切割的单壁碳纳米管包含小于约0.2原子％的氟。
25.如权利要求1所述方法，其特征在于还包括用一种官能基团对该切割的单壁碳纳米管进行衍生化。
26.如权利要求25所述方法，其特征在于该官能基团由一种选自胺，烷基锂，格氏试剂，醇，过氧化物的化合物及其组合提供。
27.如权利要求1所述方法，其特征在于还包括氟化该切割的单壁碳纳米管，产生氟化的切割单壁碳纳米管。
28.如权利要求27所述方法，其特征在于包括用一种官能基团对该氟化的切割单壁碳纳米管进行衍生化。
29.如权利要求28所述方法，其特征在于该官能基团由选自胺，烷基锂，格氏试剂，烷基铝，硼烷的化合物及其组合提供。
30.如权利要求1所述方法，其特征在于该氟化剂具有大约1毫托和大约1000托范围内的分压。
全文摘要
一种切割单壁碳纳米管的方法，包括部分氟化单壁碳纳米管和在高达约1000℃的惰性气氛或真空中热解该部分氟化纳米管。纳米管可选在切割前进行纯化。部分氟化作用包括氟化该纳米管至碳－氟化学计量为CF
文档编号B82B3/00GK1628075SQ03803181
公开日2005年6月15日 申请日期2003年4月8日 优先权日2002年4月8日
发明者J·L·马格拉夫, Z·顾, R·H·霍格, R·E·斯马利 申请人:威廉 马歇 莱思大学