专利名称：基于光致电导变化率的碳纳米管检测及定性分类方法
技术领域：
本发明涉及碳纳米管分类方法及检测技术，特别涉及一种基于光致电导变化率的碳纳米管的检测及定性分类方法。
背景技术：
目前，合成制备碳纳米管的成熟技术多种多样，例如本申请人已在文献[Zhang XF，CaoAY，Wei BQ，Li YH，Wei JQ，Xu CL，and Wu DH，CHEMICAL PHYSICS LETTERS 2002，362285-290]、[Ci LJ，Wei JQ，Wei BQ，Liang J，Xu CL，and Wu DH，CARBON 2001，39(3)329-335]、[Wei JQ，Ci LJ，Jiang B，Li YH，Zhang XF，Zhu HW，Xu CL，and Wu DH，JOURNALOF MATERIALS CHEMISTRY 2003，13(6)1340-1344]和[中国发明专利，公开号1456498]中报道了各种碳纳米管的制备方法。但对于所得到的碳纳米管的直径、管壁层数、以及纯净度等参数的检测，通常要借助于电子显微镜、扫描探针显微镜或拉曼光谱分析技术等。利用上述分析手段，虽然分析的精度较高，但检测样品工艺复杂，设备昂贵，测量周期较长，不适于对碳纳米管特性的快速检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光致电导变化率测量值的碳纳米管检测及定性分类方法，该方法可以实现碳纳米管的直径、管壁层数和纯净度等参数的快速检测和定性分类。
本发明的技术方案如下一种基于光致电导变化率的碳纳米管检测及定性分类方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)将由具有宏观长度的碳纳米管束构成的细丝的两端分别与金属电极的正负极相连接，然后再将电极与测量源表相连接构成回路；2)用光束直接照射在碳纳米管束丝的中部，回路中的总电导会发生变化，将光致电导变化率为负值的一类碳纳米管定义为阴性碳纳米管，将光致电导变化率为正值的一类碳纳米管定义为阳性碳纳米管，依据光致电导变化率Δσ的符号来判定碳纳米管的性别；3)再依据光致电导变化率的绝对值的大小定性推断出碳纳米管的直径、管壁层数以及纯净度。
本发明相对于现有检测手段，具有检测方法更加方便快捷，设备简单，成本低等优点，利用它可以快速地定性推断出碳纳米管的直径、管壁层数以及纯净度等参数，并对碳纳米管进行分类，适用于碳纳米管批量生产过程中的定性检测。
图1是本发明检测装置的示意图。
其中1—入射光束，2—待测样品(碳纳米管丝)，3—金属电极，4—电极座，5—测量源表。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明提供一种基于光致电导变化率的碳纳米管检测及定性分类方法，是将具有宏观长度的碳纳米管束构成的细丝2的两端分别与金属电极3的正负极相连接，金属电极可采用镍、银、铜、钨等材料的电极，然后再将电极与测量源表5相连接构成回路。检测时，用光束1直接照射在碳纳米管束丝的中部，所用的光束可采用激光或其它光源，光斑大小至少小于碳纳米管束丝的长度，回路中的总电导会发生显著变化，依据光致电导变化率测量值(Δσ)的符号可以判定碳纳米管的性别，进一步还可以依据光致电导变化率(Δσ)绝对值的大小定性推断出碳纳米管的直径、管壁层数以及纯净度等。依据碳纳米管束光致电导变化率测量值(Δσ)的符号，可将其划分为阳性碳纳米管和阴性碳纳米管两类，即将光致电导变化率为负值(Δσ＜0)的一类碳纳米管定为阴性碳纳米管，反之，将光致电导变化率为正值(Δσ＞0)的一类碳纳米管定为阳性碳纳米管。依据实验结果分析表明在相同条件下的光束照射时，对于阴性碳纳米管，其Δσ的绝对值越大，对应碳纳米管的直径越小、管壁层数越少，纯度越高；而对于阳性碳纳米管，其Δσ的绝对值越大，对应碳纳米管的直径越大、管壁层数越多，纯度越高。阴性碳纳米管的主要特征是直径小、管壁层数少，而阳性碳纳米管的主要特征是直径大、管壁层数多。
实施例如图1所示，本发明将待测碳纳米管束丝、钨电极和美国吉时利公司生产的K2400型测量源表相连接，构成基本测量电路。利用波长为780nm，功率为200mW的激光束照射待测样品的中部，记录样品的伏安特性并由此计算样品的电导变化率(Δσ)。实验中选取两种单壁(SW)碳纳米管束丝，两种双壁(DW)碳纳米管束丝和两种多壁(MW，大约30层壁)碳纳米管束丝作为检测样品，将其中纯度高的样品标定为1，纯度较低的样品标定为2。测试后，将电导变化率依照样品实际吸收的光功率值归一，以瓦作为单位，结果详见下表。
从上述实验测量结果可以明显看出对于直径小且壁层较少的单壁(SW)和双壁(DW)碳纳米管，其光致电导变化率均呈负值，表明它们属于阴性碳纳米管，而对于直径大且壁层较多的多壁(MW)碳纳米管，其光致电导变化率呈正值，表明它们属于阳性碳纳米管。此外，对于较纯的单壁碳纳米管(SW1)，其光致电导变化率绝对值较大，而对于纯度较差(含少量多壁碳纳米管)的单壁碳纳米管(SW2)，其光致电导变化率绝对值比SW1小；同样，对于较纯的双壁碳纳米管(DW1)，其光致电导变化率绝对值比纯度较差(含少量多壁碳纳米管)的DW2大；对于较纯的多壁碳纳米管(MW1)，其光致电导变化率绝对值比纯度较差(含少量约20层壁的碳纳米管)的MW2大。更进一步，还可以从数据表中看出随着碳纳米管壁层的增加，其光致电导变化率(Δσ)在不断增大。
权利要求
1.一种基于光致电导变化率的碳纳米管检测及定性分类方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)将由具有宏观长度的碳纳米管束构成的细丝的两端分别与金属电极的正负极相连接，然后再将电极与测量源表相连接构成回路；2)用光束直接照射在碳纳米管束丝的中部，回路中的总电导会发生变化，将光致电导变化率为负值的一类碳纳米管定义为阴性碳纳米管，将光致电导变化率为正值的一类碳纳米管定义为阳性碳纳米管，依据光致电导变化率Δσ的符号来判定碳纳米管的性别；3)再依据光致电导变化率Δσ的绝对值的大小定性推断出碳纳米管的直径、管壁层数以及纯净度；对于阴性碳纳米管，其Δσ的绝对值越大，对应碳纳米管的直径越小、管壁层数越少，纯度越高；而对于阳性碳纳米管，其Δσ的绝对值越大，对应碳纳米管的直径越大、管壁层数越多，纯度越高。
2.按照权利要求1所述的碳纳米管检测及定性分类方法，其特征在于所述的光束采用激光，光斑大小至少小于碳纳米管束丝的长度。
全文摘要
一种基于光致电导变化率的碳纳米管检测及定性分类方法，涉及碳纳米管分类及检测技术。本发明是将具有宏观长度的碳纳米管束构成的细丝的两端分别与金属电极相连接，然后再将电极与测量源表相连接构成回路。检测时，用光束直接照射在碳纳米管束丝的中部，回路中的总电导会发生显著变化，其光致电导变化率(Δσ)的符号对应于不同的碳纳米管可正可负，依此将光致电导变化率为负值(Δσ＜0)的一类碳纳米管叫阴性碳纳米管，反之，将光致电导变化率为正值(Δσ＞0)的一类碳纳米管叫阳性碳纳米管，实验数据表明，光致电导变化率的符号和绝对值的大小反应了碳纳米管的直径、管壁层数以及纯净度等特性。
文档编号G01N23/22GK1641343SQ20041010181
公开日2005年7月20日 申请日期2004年12月24日 优先权日2004年12月24日
发明者孙家林, 朱嘉麟, 韦进全, 孙红三 申请人:清华大学