專利名稱：納米態碳物質的無損分離的制作方法
技術領域：
本發明總的來說涉及用于納米形態碳分離的非化學反應性方法。更特別地，本發明涉及用于碳納米管(CNT)和納米纖維的純化的非氧化性方法。
背景技術：
自1970’s以來，石墨納米管和細纖維已經被認為是對各種應用有價值的材料。亞微米石墨細纖維有時被稱為氣相生長碳纖維(例如，納米纖維)。細碳纖維一般包括具有約小于1.0μm數量級的直徑的蠕蟲狀碳沉積物，并典型地通過各種含碳氣體在例如金屬表面上催化裂解制備。由于電子顯微鏡學的出現，這些蠕蟲狀碳沉積物一般可以被觀察到。參見例如Baker和Harris的“Chemistry and Physics of Carbon”，14，1978；以及N.Rodriguez，J.Material Research，8，1993。
1976年，Endo等人提出一種被認為是細碳纖維生長的基本機理。參見A.Obelin和M.J.Endo.的“Of Crystal Growth”，32，1976。細碳纖維一般首次被觀察來自在烴類氣體存在下與碳超飽和的金屬催化顆粒。柱狀排列的石墨芯被擠壓，然后用熱解沉積石墨外層包覆。這些細纖維典型地呈現0.1μm數量級的直徑，更典型地在0.2至0.5μm之間。
1983年，Tennent成功地培育了普遍未被熱解碳污染的柱狀排列的石墨芯。參見例如專利號為4,663,230的美國專利。因此，Tennent一般提供了得到較小直徑細纖維的捷徑，典型地為35至700數量級(例如0.0035至0.070μm)，以及一種有序的“生長態“石墨表面。一般也能觀察到稍不規則結構(但無熱解碳)的纖維狀碳物質。
細碳纖維、“巴基管“(例如，CNT)和納米纖維一般與其它市售的作為例如加固材料的連續碳纖維不同。與通常具有較大縱橫比但一般有限的細纖維相比，連續細碳纖維典型地呈現約104和常常達106或更大數量級的縱橫比。連續碳纖維的直徑一般也比細纖維的直徑大得多；其通常大于約1.0μm，更典型地在5至7μm之間。與催化生長細纖維形態相似的碳納米管被證實在較高溫度碳弧中生長。參見例如Lijima，Nature，354，56，1991。一般認為電弧生長納米纖維具有基本上與由Tennent最初觀察到的初期催化生長細纖維相似的形態。參見例如Weaver，Science，265，1994。
未處理的碳納米管和碳納米纖維(CNF)反應產品典型地含有許多反應副產品和其它污染物，例如無定形碳、富勒烯(fullerene)、碳多面體和(單壁CNT情況下)金屬催化顆粒。因此，許多實際應用需要純化，以便在碳納米態材料使用前有效減少這些污染物。其中的一種方法涉及一般通過將CNT反應產物與選自液態的氧化劑、硝化劑和磺化劑的試劑混合來純化碳納米管的工藝。參見例如Hiura等人的專利號為5,698,175的美國專利。然后在一定的溫度下CNT在液相中反應，其中的碳雜質一般可以被選擇溶解，隨后被分隔。
其它常規化學純化機理一般涉及與氧化性氣體(比如氧氣、水蒸氣等)在較高的溫度下反應。對于各種CNT和CNF純化方法在納米形態碳的生產量、效率和效果方面的全面介紹和調查，參見例如G.S.Duesberg等人的“Towards Processing of Carbon Nanotubes for TechnicalApplications”，Appl.Phys.，A，69，269，1999。
目前，一般已經較好地建立了納米形態碳物質的生產方法，而且典型地可以每天以克的數量級較大規模地合成。對于這些材料的許多潛在應用，非反應性純化仍然殘留大量未解決的問題。因此，現有技術的典型不足涉及成本有效和高效的非氧化性清潔例如CNT和CNF。
發明內容
在各種代表性方面，本發明提供了一種用于納米形態碳基本非化學反應性純化的系統和方法。在一個示范方面，未處理的碳納米管反應產物的試樣在有機溶劑中被超聲波處理，接著離心法從上層清液中沉積碳納米管。公開的系統和方法可以容易地適用于任何含碳納米物質的純化和/或分離，而且在一個代表性方面，本發明可以明確地具體化用于清潔CNT的方法。
本發明的一個典型優點是不需要與反應中間體的副產品進行化學作用就可以進行納米態碳物質的分離和純化。本發明的另一個優點將在隨后的詳述中闡明，它從詳述中是顯而易見的，也可以通過本發明示范性實施方式的實踐中認識到。而且，本發明的其它優點可以通過特別是權利要求書中指出的任何手段、方法或組合來實現。
本發明的典型要素、操作特征、應用和/或優點包含于結構和操作的詳細內容中，如以后的內容中更全面的描寫、描述和要求的附圖的參考文獻形成它的一部分，其中相同的數字始終指相同的部分。其它要素、操作特征、應用和/或優點對技術人員來說根據在詳細描述中敘述的確定的示范性實施方式來說是顯而易見的。其中，圖1舉例說明了根據本發明的一個示范性實施方式的典型工藝方法。
具體實施例方式
下列描述是本發明的示范性實施方式和發明人構思的最佳模式，但并不意在以任何方式限制本發明的范圍、應用和結構。更確切地，下列描述意在提供實現本發明各種實施方式的合適的實例。顯然，在不背離本發明實質和范圍的情況下，公開的示范性實施方式可以在功能和/或任何要素的配置上作出改變。
如此處所用，術語“清潔”、“分離”、“分隔”、“純化”和它們的任何變化，一般可以交換使用，可以理解為一般包括控制或其它改變第一化學物質關于第二化學物質的空間和/或時間的分配函數。而且，術語“清潔”、“分離”、“分隔”和“純化”或者任何變化或它們的組合，一般意在包括被認作至少易于描述為、或一般是指至少一種化合物從一個區域到另一個區域的運動的任何事，以便(1)相對減少一個區域或其周圍的濃度，和/或(2)相對增加另一個區域或其周圍的濃度。在術語“清潔”和/或“純化”的情況下，此工藝一般可以理解為包括在被“清潔”和/或“純化”物質中或其周圍的污染混合物濃度的降低。另外，如此處所用，術語“碳納米結構”、“碳納米物質”、“納米形態碳”和它們的任何變化，一般可以理解為包括例如碳納米管、碳納米纖維、碳納米多面體和這些現在已知或來自下文或現有技術中其它描述的碳的其它納米態形式中的至少一種。如此處所用，術語“色譜法”和“色譜分離”和任何上下文指示物和它的變化，一般意在包括適用于分離的任何方法、技術、工藝、裝置、設備或系統或者至少一種包括至少一種分析物的試樣以便生產或另外控制任何成分分析物的空間和/或時間分配和/或在所述試樣中分析物成分的組合的其它工藝。另外，如此處所用，術語“光譜”、“顯微鏡方法”和它們的任何變化，一般意在包括適用于讀取或其它處理分析物一參考物數據的任何方法、技術、工藝、裝置、設備和/或系統，以便確定任何一種分析物和/或任何分析物組合的存在和/或不存在和/或濃度。
示范性應用的詳述，即用于CNT的非氧化性清潔方法，根據本發明的各種實施方式，作為能被技術人員推廣為納米態碳純化和/或分離的任何應用的特殊授權公開內容提供。而且，技術人員可以理解本發明的原理能被用來確定和/或實現許多與納米形態碳純化有關的其它益處，例如(但不限于)生產率的提高、合成成本的降低、改善的工藝控制和現在已知或在下文中現有技術中描述的任何其它應用和/或益處。
色譜法一般而言，化學分析技術的大部分是最優選的，很少數(如果有)是實際專用的。因此，分析物從不同種類的多成分試樣中的分離在許多分析步驟中常常是重要的步驟。實施分析分離的最廣泛使用的常規方法是電泳和色譜法兩者都包括在幾乎所有科學學科中找到應用的方法。
柱色譜法是20世紀之交不久由蘇聯植物學家Mikhail Tswett發明并命名的。Tswett采用該技術將試樣溶液通過填充了磨碎碳化鈣的玻璃柱狀物來分離各種植物色素(即，葉綠素和葉黃素)。分離后的溶質看起來象柱狀物上的色帶。因而，Tswett從希臘語中表示“顏色”的chroma和表示“書寫”的graphein來給該技術命名。
由于一些新型方法的發展，以及工程師和科學家們對更好表征復雜混合物方法的進一步需求，在過去的五十年里，出現了各種色譜技術。這些技術的重要影響可由對Martin和Synge在色譜法領域的發現而授予1952諾貝爾獎來證實。也許更矚目的是1937年和1972年期間基于依賴各種色譜法技術相關工作的12項諾貝爾獎。
一般而言，色譜法包括一組不同而重要的方法，它們允許復雜混合物分析物成分的分離，其中這些分離中的許多通過其它方法也許不可能或者很難實現。典型地，試樣在流動相(它可以是氣體、液體或超臨界流體)中溶解。然后使流動相通過不混溶固定相，它通常固定于柱狀物或固體表面。可選擇兩相以便試樣成分在流動相和固定相之間將它們分配至可變的程度。這些被固定相強烈阻滯的分析物成分一般隨流動相的流動緩慢移動。相反地，那些被固定相微弱控制的分析物成分一般移動較快。由于流速(例如，流動性)的不同，分析物成分典型地分離至一般可以進行定性和/或定量分析的不連續帶中。參見例如E.Heftmann，ChromatographyFundamentals and Applications ofChromatography and Electrophotometric Methods，1983；P.Sewell和B.Clarke，Chromatographic Separations，1988；J.A.Jonsson，Chromatographic Theory and Basic Principles，1987；R.M.Smith，Gas andLiquid Chromatography in Analytical Chemistry，1988；E.Katz，Quantitative Analysis Using Chromatographic Techniques，1987；和J.C.Giddings，Unified Separation Science，1991。一般而言，根據色譜領域溶質分析物和固定相之間的作用機理，色譜法典型地被分成五個大類吸附色譜法、分配色譜法、離子交換色譜法、分子排阻色譜法和親合色譜法。
吸附色譜法一般被認為是色譜法的最古老形式，它采用固體固定相和液體或氣體流動相。溶質通常被吸附到固定相顆粒的表面，同時固定相和流動相之間的平衡導致溶質分析物的分離。
分配色譜法涉及在固定支撐物表面的薄膜上形成液體固定相。溶質在固定液體和流動相之間平衡。在吸附和分配色譜法中，在流動和固定相之間發生了溶質的基本連續平衡。柱狀物可以填充固定相或可以是內壁包覆固定相的敞口管。
離子交換色譜法采用共價地附著于固體固定相(即，通常是樹脂)的陰離子(即，SO3-)或陽離子(即，N(CH3)3+)，且流動相典型地是液體。相反電荷的分析物溶質離子通過庫侖力附著于固定相。
分子排阻色譜法(例如，凝膠過濾或凝膠滲透色譜法)依據尺寸分離分子，較大的分析物溶質通過色譜場比較小的更快。與其它形式的色譜法不同，在固定相和分析物溶質之間一般沒有吸引的作用，而是，液體或氣體流動相通過多孔凝膠。這些孔一般足夠小以便將較大的分子而不是小分子排除在外，因為較小的分子進入了凝膠孔，通常會花費較長的時間通過柱狀物，因此在離開柱狀物之前必須流過較大體積。在分子排阻色譜法中，溶質可利用的固定相體積比例一般會隨溶質分子尺寸的增加而減少。
親合色譜法一般被認為是色譜法的最優選類型采用共價地附著于(例如，固定不動地)固定相的一種和第二種分析物分子之間特定的相互作用。親合色譜法一般依賴于固定相和不同種類試樣中至少一種分析物溶質之間的化學特定的、非共價的相互作用。
流動相通過色譜場的速度可以以體積流速或線性流速表示。例如，考慮液體色譜法試驗，其中柱狀物具有0.60cm的內徑(半徑r＝0.30cm)，且流動相占有柱狀物體積的20％。柱狀物長度l每厘米具有的體積相當于πr2l；此處為0.283mL，流動相(例如，溶劑系統)占20％(例如，0.0565mL)。體積流速(即， )表示單位時間內有多少體積的溶劑通過色譜場。線性速度(即， )表示單位時間內通過溶劑系統有多少柱狀物長度的單位距離。在本實施例中，由于1cm柱狀物長度含有0.0565mL流動相，0.3mL就占柱狀物長度的0.3mL0.0565mLcm=5.3cm.]]>因此，相應于 的線性速度是 從色譜場洗脫(elute)的分析物可以用各種檢測器觀察到，比如熱導檢測器、火焰電離檢測器、電子俘獲檢測器、火焰光度檢測器、堿焰檢測器、硫化學發光檢測器、原子發射檢測器等。作為洗脫時間的函數響應的檢測器蹤跡(trace)被認為是色譜。每一成分的滯留時間tr是試樣噴射到色譜場后直到相應分析物被探測到所需要的時間。未滯留的流動相以最小時間tm通過柱狀物。溶質的修正滯留時間tr′是分析物通過色譜場線性傳輸距離需要的額外時間，超過未滯留溶劑需要的時間，等于tr′＝tr-tm。
兩種成分的相對滯留時間以相應修正滯留時間的商給出。單個成分的容量因子是修正滯留時間除以溶劑洗脫時間。容量因子一般是指溶質在固定相中花費的時間與在流動相中花費時間的比。當從小試樣負載按比例增加到大負載時，柱狀物的橫截面積典型地與試樣負載成比例增加。而柱狀物長度和線性流速一般保持恒定。
對于任何兩種成分1和2，相對滯留值α定義為α=tr2′tr1′,]]>其中tr2′＞tr1′，對應地α＞1。相對滯留值越大，分析物成分之間分離越大。相對滯留值一般不依賴于流速，因此可以用來幫助確定流速變化時的峰值。對于色譜中的每一個峰值，容量因子k′以k′=tr-tmtm]]>給出。也就是說，容量因子是溶質在固定相中花費的時間相對于在流動相中花費時間的比。因此，成分被色譜場滯留的時間越長，容量因子越大。這就提高了分配系數K=CsCm,]]>它相應于固定相中溶質濃度Cs與流動相中濃度Cm的比。因此，流動和固定相之間分配系數的比越大，混合物兩成分之間的分離就越大。
給出無限滲透性的色譜場，截面面積A從x延伸到x+l(其中l表示流程線性傳輸距離)，色譜場的體積可以表示為V＝Al。使分析物溶質成分G在時間t時點x的濃度為[G]。相應地，單位時間內進入色譜場的顆粒數量是JA，其中J是溶質顆粒流量。因此，在色譜場內，由入射粒子流量引起的摩爾濃度的增長率是∂[G]∂t|x=JAAl=Jl.]]>同時考慮在色譜場x+l表面溶質顆粒的輸出流量，它可以相似地導出∂[G]∂t|x+l=J′AAl=J′l.]]>因此，濃度的凈時間變化率(例如，“濃度速度”)可以表示為d[G]dt=J-J′l.]]>假設(1)在色譜場內擴散的溶質顆粒流量J包括與由濃度梯度而來的熱力學力F相應的運動；(2)當熱力學力F與粘滯曳力匹配時，溶質顆粒達到穩定態漂移速率s；(3)漂移速率s與熱力學力F成比例；(4)溶質顆粒流量J與漂移速率成比例；和(5)熱力學力F與空間濃度梯度 成比例。最終的比例鏈是J∝S，S∝F和F∝d[G]dx,]]>表明溶質顆粒流量J與濃度梯度 成比例。對技術人員來說，這顯然符合“菲克擴散第一定律”。比例常數在將擴散限制在一維空間x的等式J=Dd[G]dx]]>中以擴散系數D給出。因此，來自擴散濃度速度的表達式J-J′變為Dd[G]′dx-Dd[G]dx.]]>將溶質顆粒濃度沿色譜場的線性累積代入得到J-J′=Dddx([G]+d[G]′dxl)-Dd[G]dx,]]>它進一步簡化為J-J′=Dld2[G]dx2,]]>然后將這個表達式代回到濃度速度表達式得到d[G]dt=J-J′l=Dd2[G]dx2=D▿x2[G],]]>對技術人員來說，顯然依賴時間的擴散等式符合“菲克擴散第二定律”，并且將任何點的濃度速度與在該點的濃度空間變量聯系了起來。更一般地，這可以理解為典型地被觀察到的擴散的化學物質從濃度較高區域傳輸到較低區域(例如，“移到低濃度梯度”)行為的物理基礎。
其次，考慮洗脫成分G的局部分子壓力p與給定體積V的色譜場的時間相關性。“理想氣體定律”pV＝nRT，它適用分子級系統，對于大顆粒聚合物(即，分子的克分子量)，則變為pV＝nKT，其中p是局部分子壓力；V是假設局部邊界條件下的容器體積；n是顆粒個數；k是玻耳茲曼常數；T是溫度。求解局部壓力得到p=nkTV,]]>在恒定溫度和體積下對時間偏微分后，就可以得到下列壓力速度的表達式∂p∂t)T,V=∂(nkTV)∂t=kTV∂n∂t.]]>對于當溶質流失時，不隨時間補充的洗脫的分析物溶質，溶質顆粒數量的時間變化率以∂n∂t=-ZwAo]]>給出。其中Zw是與溶質顆粒平均自由行程相關的碰撞頻率，Ao是溶質顆粒可從色譜場中洗脫的開口面積。碰撞頻率與溶質顆粒的局部壓力p、顆粒的質量m和系統溫度T依照等式ZW=p2πmkT]]>有關。將此關系式代回到壓力速度表達式得到∂p∂t=-pAoVkT2πm,]]>它對時間的積分p=poe-tτ,]]>其中τ=VAo2πmkt.]]>從這個壓力速度的表達式，可以觀察到下列內容(1)如果洗脫液(例如，溶質和試樣)沒有被補充，壓力會指數衰減到零；(2)壓力速度隨溫度增加而加快，隨溫度降低而減慢；(3)壓力速度隨溶質顆粒質量增加而減慢，隨顆粒質量減小而加快；(4)壓力速度隨色譜場的表面積增加而加快，隨表面面積減小而減慢；(5)壓力速度隨色譜場體積的增加而減慢，隨體積減小而加快。
在恒定溫度，對于局部壓力p=nkTV]]>表達式的時間導數為
∂p∂t)T=kT∂(nV)∂t=kT∂[G]∂t]]>因此，將前述導出的與菲克擴散第二定律相應的濃度速度表達式代入，在作為溶質顆粒濃度[G]函數的無限滲透力色譜場的三維空間擴散的溶質顆粒的壓力速度的一般表達式可以表示為dpdt)T=-kTDG▿2[G]=-kTDG(∂2∂x2+∂2∂y2+∂2∂z2)[G]]]>然而，如果假定色譜場具有有限的擴散滲透力(實際上，正如實現色譜分離一般所需的)，可能會包括其它的擴散系數 以說明不同的滲透力度量標準，比如，色譜理論平臺的數量、色譜平臺高度、固定相吸附、非均勻孔隙度、沿不同空間的各向異性傳輸、疏水性、毛細缺陷等。
例如，擴散通過色譜場(或者多孔柵欄)Ξ的碳納米管成分B的表達式dpdt)Ξ,Bdiffusion=-kT(D^Ξ(a,b,c...)DB)(∂2∂x2+∂2∂y2+∂2∂z2)[B]]]>修正后，此表達式將色譜場內(或多孔柵欄)Ξ任意點的CNT成分B的濃度與此點CNT成分B的濃度的三維變量聯系了起來，這就是說B被迫擴散通過色譜場以其濃度梯度從含B濃度較高的體積單元轉移到含B濃度較低的體積單元。
在擴散等式dpdt=-pAoVkT2πm]]>中用AΞl代替體積V，得到dpdt=-pA0AΞlkT2πm.]]>如果將相應于色譜場孔隙度的聚集空隙體積的面積與色譜場聚集表面積的比作為無量綱量θ，CNT成分B的洗脫復合表達式變為dpdt)Ξ,Belution=-pBθΞkT2πmBlΞ2,]]>使通過色譜場(或多孔柵欄)Ξ的洗脫的壓力B與以下量聯系了起來CNT成分的內部壓力pB；溫度T；CNT成分的質量mB；色譜場的線性傳輸距離l；和色譜場的孔隙度θΞ。因此，CNT分析物溶質B一般(1)操作溫度越高洗脫越快，溫度越低越慢；(2)內部壓力B越大洗脫越快，內部壓力越小洗脫越慢；(3)色譜場孔隙度越大洗脫越快，孔隙度越小越慢；(4)色譜場的線性傳輸距離越小(例如，較短柱狀物)洗脫越快，傳輸距離越大越慢。
平臺高度H=σ2x,]]>其中σ是標準偏差，x是沿流程的線性傳輸距離，平臺高度是分析物溶質色譜帶在特殊色譜場可能被分離程度的尺度。高斯峰值的平臺數一般以N=16tr2w2]]>給出，其中tr是滯留時間，w是峰寬(典型地在基線處作為四個標準偏差，例如4σ)。鄰近的峰值的分解度成為滯留時間除以基線處測定的平均寬度w后的差。分解度與 成比例，一般也隨相對滯留值和容量因子增加。因此，將色譜場長度加倍一般會使分解度增加約 倍。
溶質分散帶的標準偏差一般相應為σ=2Dt,]]>其中D是復合分散系數，t是時間。Van Deemter等式描述在色譜場加寬的帶如下H≈A+Bux+Cux]]>其中，H是平臺高度，ux是沿色譜場線性傳輸路線的線性流速，A、B、C是常數A代表不規則流程，B代表縱向擴散，C代表給定體積下移動和固定相之間分析物溶質傳輸的有限率。最優流速，它一般最小化平臺高度，對氣體色譜快于液體色譜。平臺數量和最佳流速通常隨固定相顆粒的減小而增加。開口管狀柱狀物比填充的柱狀物典型地提供更高的分解度和更短的分析時間。一般而言，帶不僅在色譜場而且在試樣噴射期間以及成分分析物探測期間擴展。超負載和尾料可以通過用更小的試樣或通過掩膜(masking)固定相的強吸附點來修正。另外，有幾種基本工藝影響平臺高度，比如縱向擴散、在流動相和/或固定相中的質量傳輸阻力、渦流擴散。
為了監控特定柱狀物的性能，通常推薦試驗來定期測定標準試樣的容量因子、理論平臺數量和/或峰值不對稱性。任何這些數值的變化一般表明色譜場隨時間和/或重復使用而退化。
碳納米管的非氧化性清潔現有技術已知各種生產碳納米管(CNT)的方法，比如激光消融(laser ablation)、碳弧沉積、化學氣相沉積(CVD)等。這些技術典型地導致不同量的污染物，比如無定形碳和原反應產品中的晶體。常規方法一般涉及將反應產品混合物暴露于強氧化劑中以有效地連續除去無定形碳，接著通過酸洗除去金屬結晶體。這些步驟一般不能除去原產品材料中存在的所有污染物，而且事實上，可能會引起損壞，比如CNT的外壁。
在代表性方面，根據本發明的一個示范性實施方式，例如在圖1中所述，一種基本非化學反應性方法，其描述了在納米態碳試樣中存在的殘余催化劑和無定形碳可以被有效分隔。一種CNT清潔的示范性工藝，例如，包括提供未處理的納米態CNT試樣(步驟110)；在有機溶劑(即丙酮或甲酰胺)中溶解CNT試樣(步驟110)；選擇性超聲波處理溶劑化處理的產品混合物；在約20,000RCF(例如，相對離心力；也叫作“重力”)離心分離試樣約30分鐘(步驟120)；輕輕倒掉上層清液(步驟130)。觀察到污染物質一般保持懸浮，而CNT沉積到離心管的底部。可以重復該步驟直到上層清液在離心作用(典型地，3至4次)后幾乎無色。作為選擇，結合地或連續地，將上層清液光譜分析以更精確地確定污染物和/或無定形碳物質的相對濃度以便確定重復純化步驟的終點。這樣來自仍與納米形態碳接觸的溶劑的殘余污染物就被除去了。例如，用醇洗(步驟140)以分離至少部分純化的CNT(步驟150)。已經觀察到公開的清潔步驟，正如通過傳輸電子顯微鏡和紅外光譜儀證實的一樣非常有效。其它各種光譜儀和/或顯微鏡也可被選擇地、結合地或連續地用來確定或表征污染物和納米態碳物質相對后分離(post-separation)的濃度比。
各種有機溶劑，比如極性疏質子和極性質子溶劑，可選擇地、結合地或連續地被使用，且可以包括二甲基亞砜(CH3SOCH3)、二甲基甲酰胺(HCON(CH3)2)、甲酰胺(HCONH2)、n-己烷(CH3(CH2)4CH3)、丙酮(CH3COCH3)和其它現在已知或來自下文或現有技術描述的任何有機溶劑和/或溶劑系統中的至少一種。醇洗也可以選擇地、結合地或連續地包括甲醇(CH3OH)、乙醇(CH3CH2OH)、n-丙醇(CH3(CH2)2OH)、異丙醇((CH3)2CHOH)、n-丁醇(CH3(CH2)3OH)、異丁醇((CH3)3COH)和任何其它醇(R-OH)和/或現在已知的或來自下文或現有技術描述的基本可混醇溶劑系統中的至少一種。另外，所得的至少部分純化的納米態碳試樣可以隨后通過任何此處描述的、現在已知的或下文來自現有技術的色譜方法進一步分離。
在前面的詳述中，本發明已經參考特殊的示范性實施方式作了例證，但是，可以理解，在不背離如下面權利要求闡述的本發明范圍的情況下，可以進行各種改變和變化。詳述可以認為是以典型方式，而不是限制方式，且所有這些改變都應該包括在本發明的范圍內。因此，本發明的范圍應該由此處所附的權利要求和它們的等同物而不僅僅是上述的實施例來確定。例如，在任何方法或工藝權利要求中的陳述的步驟可以以任何順序實施以產生與本發明基本相同的結果，因此不限于權利要求中陳述的特殊結構。
關于特殊實施方式，已經在上面描述了益處、其它優點和問題的解決辦法。但是，任何益處、優點和問題的解決辦法或任何可能引起任何特殊利益、優點或解決辦法發生或變得更明顯的要素不應該被解釋為任何或所有權利要求的主要的、需要的或必要的特征或成分。正如此處所用的術語“包括”、“包含”或它們的任何變化，旨在提及一種非限制性包含，這樣，包括一系列要素的工藝、方法、制品、組分或裝置不僅僅含有這些所述要素，而且可以含有未清楚地列出或這些工藝、方法、制品、組分或裝置固有的其它要素。上述結構、排列、應用、比例、要素、材料或本發明實際使用的成分的其它組合和/或改變，在不背離上述一般原理的情況下，除那些沒有特別描述的之外、本領域技術人員可以改變或特別應用于特殊的環境、生產規范、設計參數或其它操作要求。
權利要求
1.一種用于分離納米形態碳的基本非反應性方法，包括步驟在有機溶劑中超聲波處理納米形態碳試樣；離心分離所述試樣；和至少部分地輕輕倒掉上層清液。
2.如權利要求1的分離納米形態碳的方法，其中，所述有機溶劑是丙酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、己烷和二甲基亞砜中的至少一種。
3.如權利要求1的分離納米形態碳的方法，進一步包括步驟重復所述超聲波處理、離心分離和輕輕倒出步驟中的至少一種，且還包括步驟通過監控所述上層清液的光學不透明性來確定何時結束所述重復超聲波處理、離心分離和輕輕倒出步驟中的至少一種。
4.如權利要求1的分離納米形態碳的方法，進一步包括通過用醇溶液清洗來減少殘余污染物的步驟。
5.如權利要求4的分離納米形態碳的方法，其中，所述醇是甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇和異丁醇中的至少一種。
6.如權利要求1的分離納米形態碳的方法，進一步包括確定清潔步驟有效性的步驟。
7.如權利要求6的分離納米形態碳的方法，其中，所述確定清潔步驟有效性的步驟包括分析顯微鏡方法和分析光譜中的至少一種。
8.如權利要求7的分離納米形態碳的方法，其中，所述分析顯微鏡方法包括傳輸電子顯微鏡方法和掃描電子顯微鏡方法中的至少一種。
9.如權利要求7的分離納米形態碳的方法，其中，所述分析光譜包括紫外光譜、紅外光譜、核磁共振光譜、拉曼光譜、熒光光譜和質譜分析中的至少一種。
10.如權利要求1的分離納米形態碳的方法，進一步包括色譜試樣分離的步驟。
11.如權利要求10的分離納米形態碳的方法，其中，所述色譜分離步驟是柱色譜法和粒度排阻色譜法中的至少一種。
12.一種用于清潔碳納米管的基本非化學反應性方法，包括步驟在丙酮和甲酰胺至少之一中超聲波處理碳納米形態碳試樣；以大約20,000RCF離心分離所述試樣大約30分鐘；和至少部分地輕輕倒掉上層清液。
13.如權利要求12的清潔碳納米管的方法，進一步包括步驟重復所述超聲波處理、離心分離和輕輕倒出步驟中的至少一種。
14.如權利要求13的清潔碳納米管的方法，進一步包括步驟通過監控所述上層清液的光學不透明性來確定何時結束所述重復超聲波處理、離心分離和輕輕倒出步驟中的至少一種。
15.如權利要求12的清潔碳納米管的方法，進一步包括通過用醇溶液清洗來至少減少殘余污染物的步驟。
16.如權利要求12的清潔碳納米管的方法，進一步包括色譜分離的步驟。
全文摘要
一種納米形態碳物質(150)的基本非化學反應性分離的示范性方法，包括在有機溶劑(110)中溶解未處理的納米形態碳試樣(100)，離心分離溶劑試樣(120)和輕輕倒出所得上層清液(130)的步驟。公開的特征和詳述可以不同地控制、應用或選擇改變以提高碳納米物質的純化。本發明的示范性實施方式代表性地提供了碳納米管的非氧化性清潔方法。
文檔編號B03B5/32GK1662445SQ03813993
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月4日 優先權日2002年6月18日
發明者蒂莫西·P·比爾京 申請人:摩托羅拉公司