专利名称：用多孔模板制备有机纳米管的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备有机纳米管的方法，具体地说涉及一种用多孔模板制备有机纳米管的方法。
背景技术：
纳米材料尤其是不同形貌纳米材料在光、电、磁等方面所表现出的特异物化性能使得纳米材料的研究开发日益成为热点话题及一门新兴的课题。自1991年Iijima发现碳纳米管以来，对于不同材料纳米管的制备及性能研究越来越引起研究者们的关注。已有的研究结果表明，纳米管材料是单分子晶体管、电子发射平板显示器及化学传感器等光电纳米器件中的重要组成部分及联接组分。有机化合物的多样性、多功能性及其潜在的应用价值使得研究简单的制备有机纳米管的方法的工作日益紧迫起来。
纳米材料的制备在当前材料科学研究中占据极为重要的地位，新的材料制备工艺和过程的研究对控制纳米材料的微观结构和性能具有重要影响。纳米管材料的制备方法有很多种，如自组装法、电化学合成法、化学气相沉积法、模板法、溶剂(水)热法、高温热解法等。其中，用于制备有机化合物纳米管的方法主要是自组装法，该法要求目标分子之间有一定的相互作用并且实验条件要求也较为严格、复杂。而模板合成方法较其它方法而言有着以下优点实验操作简单、所得纳米管材料排列有序，可通过采用不同尺寸的模板而调控纳米管的管径、管长等，因此，模板合成法是一种在微米或纳米孔膜中合成各种材料纳米管的有效手段。
传统的模板合成方法主要是结合电化学技术、溶胶-凝胶等技术在多孔的模板孔洞中沉积所需材料的纳米管或纳米线，这种传统方法要求较高的实验操作条件和技能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用多孔模板制备有机纳米管的方法，该方法适应范围广，所得有机纳米管排列整齐有序，且管径、管长均匀可控。
本发明所提供的制备方法，是采用将多孔膜浸入有机化合物熔融液或其适当浓度的溶液中的方法可得到有序排列的有机纳米管阵列，其主要步骤如下1)将多孔有序模板进行亲疏水处理；2)经步骤1处理的模板浸入有机化合物的熔融液或适当浓度的有机化合物的溶液中使之充分吸附；3)取出吸附有有机化合物熔融液的模板并使之缓慢冷却至室温；或取出吸附有有机化合物适当浓度溶液的模板使溶剂充分挥发；4)重复步骤2至步骤3若干周期，其间可换不同种类的有机化合物的熔融液或适当浓度的溶液；5)将载有有机化合物的模板进行表面抛光处理；6)在适当的温度条件下对载有有机化合物的模板进行热处理或光处理；7)去除模板即得到目标有机化合物纳米管。
本发明中所述有机化合物涵盖所有不与强酸、强碱反应的有机分子。
本发明中所述模板为多孔无机模板，可以是下列任何一种氧化铝多孔膜、其它无机氧化物多孔膜、碳纳米管、无机复型模板，模板的孔径范围为4nm-80μm。
本发明中所述浸润时间为10秒至10小时。
本发明中所述的循环周期1-80周。
本发明中所述不同循环周期所用的有机化合物的熔融液或适当浓度的溶液可以为不同种类的有机化合物熔融液或其适当浓度的溶液。
本发明中所述的有机化合物溶液的浓度范围为10-5mol·L-1至饱和。
本发明中所述载有有机化合物的模板的表面抛光方法可以选用下列任何一种
机械抛光法、化学抛光法。
所述去除模板试剂可以选用下列任何一种强酸、强碱。
优选方案一将多孔有序模板进行亲疏水处理后浸入有机化合物的熔融液中30秒-6小时后取出，缓慢冷却至室温；将载有有机化合物的模板再次浸入该有机化合物的熔融液中30秒-6小时后取出缓慢冷却至室温；重复1-20个周期后，对载有有机化合物的模板进行表面抛光处理并进行适当的热处理后用强碱去除模板即得到目标有机纳米管。
优选方案二将多孔有序模板进行亲疏水处理后浸入一种有机化合物的熔融液中1分钟-10小时后取出，缓慢冷却至室温；重复1-20个周期后将载有该有机化合物的模板浸入另一种有机化合物的熔融液中1分钟-10小时后取出缓慢冷却至室温；同样重复1-20个周期；对同时载有两种有机化合物的模板进行表面抛光处理后用强酸去除模板即得到目标有机化合物复合纳米管。
优选方案三将多孔有序模板进行亲疏水处理后浸入有机化合物的溶液中1分钟-6小时后取出，使溶剂充分挥发后，将该模板再次浸入该有机化合物的溶液中1分钟-6小时后取出挥发干溶剂，重复浸润-挥发溶剂周期1-60次；对载有有机化合物的模板进行热处理1-20小时使之并缓慢冷却至室温；将载有有机化合物的模板进行表面抛光处理后用强碱去除模板即得到目标有机纳米管。
优选方案四将多孔有序模板进行亲疏水处理后浸入一种有机化合物的溶液中1分钟-10小时后取出使溶剂充分挥发后，浸入同一有机化合物溶液1分钟-10小时并使溶剂间歇挥发，重复以上循环周期1-60次；将模板浸入另一种有机化合物的溶液中1分钟-10小时，取出后使溶剂充分挥发，重复该周期1-60次；将载有以上两种有机化合物的模板进行热处理10分钟-20小时；表面抛光处理载有两种有机化合物的模板，用强碱去除模板即得到目标有机化合物复合纳米管。
本发明的优点之一在于实验操作简单易行。传统的模板合成方法需要结合电化学方法或溶胶-凝胶技术等，要求有相应的实验设备及技术等。而本发明所提供的制备方法则很好地简化了实验操作过程，直接将多孔模板浸入所需材料的熔融液或其适当浓度的溶液中即可。因而避免了样品制备及处理中的复杂操作过程。
纳米材料制备中一个重要的课题是对于尺寸及形貌的有效调控。本发明的优点之二在于可以通过采用不同孔径尺寸及厚度的模板对所制备的有机纳米管材料的管径及管长进行有效调控；并且可以通过控制多孔膜在有机化合物熔融液或适当浓度的溶液中的浸润时间和浸润循环周期而对所制备的有机纳米管的管壁厚度进行有效调控。
本发明的优点之三是可以通过在不同有机化合物熔融液或适当浓度的溶液中交替浸润多孔模板而得到复合的有机化合物纳米管。
图11#样品的场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像，顶部。
图21#样品的场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像，侧面。
图31#样品的场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像，顶部，纳米管排列成阵列。
图41#样品的场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像，管口及侧面。
图51#样品的透射电子显微镜(TEM)图像。
图62#样品的场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像，顶部。
图72#样品的场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像，侧面。
图82#样品的场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像，顶部(放大)，纳米管排列成阵列。
图92#样品的场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像，顶部及侧面排列成阵列。
图102#样品的透射电子显微镜(TEM)图像，内插图片为所得纳米管的选区电子衍射图(SAED)。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1有机化合物二苯甲酰基甲烷纳米管样品的制备。
加热二苯甲酰基甲烷固体粉末使之于其熔点温度熔融，熔融液呈淡黄色透明状；将经过亲疏水处理的有序多孔氧化铝模板浸润于上述有机化合物熔融液中20小时后取出，缓慢冷却至室温；热处理后对载有有机化合物的模板表面进行机械抛光处理；以5M的NaOH溶液溶解去除氧化铝模板，时间15分钟，之后以高纯水充分清洗、干燥后进行电子显微镜观察。
所得样品(编号1#)的扫描电子显微镜图像示于图1至图4中，透射电子显微镜图像示于图5中。由图可见，采用本发明的制备方法得到的有机纳米管排列均匀整齐，管径分布范围窄，尺寸均一。
实施例2有机化合物苝纳米管样品的制备。
配制有机分子苝的氯仿饱和溶液；将经过亲疏水处理的氧化铝多孔模板浸润于苝的氯仿饱和溶液中2分钟小时后取出挥发干溶剂，重复浸润-挥发溶剂周期10周；对载有有机化合物苝的模板进行热处理10小时并使之缓慢冷却至室温；对载有有机化合物的模板表面进行机械抛光处理；以0.8M的NaOH溶液溶解去除氧化铝模板，时间30小时，之后以高纯水充分清洗、干燥后进行电子显微镜观察。
所得样品(编号2#)的扫描电子显微镜图像示于图6至图9中，透射电子显微镜图像示于图10中。由图可见，采用本发明的制备方法得到的有机纳米管排列均匀整齐，管径分布范围窄且管径、管长均匀可控。
权利要求
1.一种用多孔模板制备有机化合物纳米管的方法，其主要步骤为a)将多孔有序模板进行亲疏水处理；b)经步骤a处理的模板浸入有机化合物的熔融液中使之充分吸附；c)取出吸附有有机化合物熔融液的模板并使之缓慢冷却至室温；或取出吸附有有机化合物适当浓度溶液的模板使溶剂充分挥发；d)重复步骤b至c步骤若干周期；e)将载有有机化合物的模板进行表面抛光处理；f)在适当的温度条件下对载有有机化合物的模板进行热处理或光处理；g)去除模板得到目标有机化合物纳米管。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述有机化合物涵盖所有不与强酸、强碱反应的有机分子。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述模板为多孔无机模板，其孔径范围为4nm-80μm。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于所述模板为氧化铝多孔膜、无机氧化物多孔膜、碳纳米管或无机盐。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b中是将模板浸入有机化合物的溶液中使之充分吸附，其有机化合物溶液的浓度范围为10-5mol·L-1至饱和。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于步骤b中模板的浸润时间为10秒-10小时。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤d中循环周期1-80周。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于所述循环时可换不同种类的有机化合物的熔融液或溶液。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤e中表面抛光方法为机械抛光法和/或化学抛光法。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤g中去除模板试剂是用强酸或强碱。
全文摘要
本发明公开了简便易行的用多孔模式板制备有机化合物纳米管的方法，按下列步骤进行将多孔有序模板进行亲疏水处理后浸入有机化合物的熔融液或其适当浓度的溶液中使之充分吸附，取出吸附有有机化合物熔融液或其适当浓度溶液的模板并使之缓慢冷却至室温或充分挥发尽溶剂；重复以上浸润冷却或挥发溶剂步骤若干周期，其间可以更换不同种类的有机化合物的熔融液或适当浓度的溶液；将载有有机化合物的模板进行表面抛光处理；在适当温度对载有有机化合物的模板进行热处理或光化学处理后以强酸或强碱去除模板即得到目标有机化合物纳米管。采用本发明的制备方法得到的目标有机化合物纳米管排列整齐，管径、管长均匀可控。
文档编号C30B7/00GK1532308SQ03107380
公开日2004年9月29日 申请日期2003年3月25日 优先权日2003年3月25日
发明者姚建年, 赵黎云 申请人:中国科学院化学研究所