专利名称：一种双壁纳米碳管的低成本制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米碳管的制备技术，特别提供了一种在压力气氛下电弧放电大量低成本生产双壁纳米碳管的方法。
背景技术：
纳米碳管自1991年被发现以来，已在全世界范围内引起了各国学者的广泛关注和极大兴趣。理论计算表明纳米碳管具有极高的强度和弹性模量，被称为超级纤维，可用于高级复合材料的增强体，纳米碳管具有独特的电子能带结构，是理想的一维量子导线；此外，纳米碳管用作发射极、吸波材料、储氢材料等也极具潜力。特别是双壁纳米碳管是良好的增强体，外层管可用于优化复合界面；内层保持碳管特性不变，同时具有良好的结构稳定性，最近的研究表明，内外层不同电子结构，同一双壁纳米碳管可同时具有金属性和半导体性双重性能和单一性能。正是因为具有众多的优异性能和广阔的应用前景，双壁纳米碳管激起了科学家们的极大研究热情。低成本地大量制备出高纯度的双壁纳米碳管是对其进行结构观察、性能测试以及进一步研究和应用的前提。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双壁纳米碳管的制备方法，其可以低成本地、大量地生产双壁纳米碳管，并且所制备出的双壁纳米碳管具有很高的纯度。
本发明提供了一种双壁纳米碳管的低成本制备方法，其特征在于采用阴、阳极在压力气氛下电弧放电的方式制备含双壁纳米碳管的混合物；阳极为由炭黑、催化剂、生长促进剂压制而成的消耗性阳极，铁，钴，镍过渡族元素，加入量为4-10at％，固体硫化物作生长促进剂，加入量为1-2at％；反应气氛为100-500乇的氢气；起弧放电可获得纯度大于60-70％的双壁纳米碳管。
本发明双壁纳米碳管的低成本制备方法中，可以在氢气氛中加入氩气，加入量不超过20vol％。
本发明双壁纳米碳管的低成本制备方法中，所述阴极与阳极间最好成30～80°的角度。
本发明的关键在于；以炭黑为原料，同时摸索出了一整套优化的工艺参数，使得生成物纳米碳管中主要成分为双壁纳米碳管，同时利用双壁纳米碳管与炭黑燃点的较大差异，在空气中400～450℃对所获得的生成物进行氧化去除炭黑，及在浓盐酸中进行酸洗去除催化剂，也就是说通过低成本的提纯就可以获得高纯度的双壁纳米碳管，从而大大降低了双壁纳米碳管的制造成本。
具体实施例方式实施例1将炭黑、4at％催化剂钴和1at％生长促进剂硫的混合粉分别装入阳极石墨圆盘上的七个孔并压实，反应器内充入200乇氢气和50乇氩气，起弧电流为150A直流，两极间保持～2mm的距离和～40°夹角，累计反应时间23分钟，获得1.1克双壁纳米碳管。
实施例2将炭黑、3at％催化剂钴和1at％生长促进剂硫的混合粉分别装入阳极石墨圆盘上的四个孔并压实，反应器内充入200乇氢气和50乇氩气，起弧电流为150A直流，两极间保持～2mm的距离和～30°夹角，累计反应时间15分钟，获得750毫克双壁纳米碳管。
实施例4将炭黑和4at％催化剂铁的混合粉分别装入阳极石墨圆盘上的六个孔并压实，反应器内充入200乇氢气和50乇氩气，起弧电流为150A直流，两极间保持～2mm的距离和～40°夹角，累计反应时间20分钟，获得1克双壁纳米碳管。
实施例5将炭黑和5at％催化剂镍的混合粉分别装入阳极石墨圆盘上的六个孔并压实，反应器内充入200乇氢气和50乇氩气，起弧电流为150A直流，两极间保持～2mm的距离和～40°夹角，累计反应时间23分钟，获得0.9克双壁纳米碳管。
权利要求
1.一种双壁纳米碳管的低成本制备方法，其特征在于采用阴、阳极在压力气氛下电弧放电的方式制备含双壁纳米碳管的混合物；阳极为由炭黑、催化剂、生长促进剂压制而成的消耗性阳极，催化剂选自铁，钴，镍过渡族元素，加入量为4-10at％，固体硫化物作生长促进剂，加入量为1-2at％；反应气氛为100-500乇的氢气；起弧放电可获得纯度大于60-70％的双壁纳米碳管。
2.按照权利要求1所述双壁纳米碳管的低成本制备方法，其特征在于在氢气氛中加入氩气，加入量不超过20-25vol％。
3.按照权利要求1或2所述双壁纳米碳管的低成本制备方法，其特征在于所述阴极与阳极间成30～80°的角度。
全文摘要
一种双壁纳米碳管的低成本制备方法，其特征在于采用阴、阳极在压力气氛下电弧放电的方式制备含双壁纳米碳管的混合物；阳极为由炭黑、催化剂、生长促进剂压制而成的消耗性阳极，催化剂选自铁，钴，镍过渡族元素，加入量为4－10at％，固体硫化物作生长促进剂，加入量为1－2at％；反应气氛为100－500乇的氢气；起弧放电可获得纯度大于60－70％的双壁纳米碳管。本发明通过低成本的提纯就可以获得高纯度的双壁纳米碳管，从而大大降低了双壁纳米碳管的制造成本。
文档编号B82B3/00GK1743265SQ20041005034
公开日2006年3月8日 申请日期2004年8月31日 优先权日2004年8月31日
发明者丛洪涛, 陈志刚, 成会明 申请人:中国科学院金属研究所