專利名稱：通過氟化作用切割單壁碳納米管的方法
技術領域：
本發明在總體上涉及單壁碳納米管，更具體地涉及通過氟化和熱解切割單壁碳納米管的方法。
背景技術：
單壁碳納米管(SWNT)，通常被稱為“巴基管”，具有獨特的性質，包括高強度，剛度，熱傳導和導電性。SWNT是中空管狀的富勒烯分子，基本由sp2雜化碳原子組成，基本上以六邊形或五邊形排列。單壁碳納米管通常具有約0.5納米(nm)至約3.5nm范圍的直徑，長度通常大于約50nm。單壁碳納米管的背景信息參見B.I.Yakobson和R.E.Smalley在《美國科學家》(AmericanScientist)第85卷，7-8月，1997，第324-337頁和Dresselhaus等人在《富勒烯科學和碳納米管》(Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes)，1996，San DiegoAcademic Press，第19章中所述內容。
單壁碳納米管通常是用碳原料和金屬催化劑在高溫過程中制備的，金屬催化劑中通常包含VIb族和/或VIIIb族的過渡金屬。合成單壁碳納米管的方法包括直流電弧過程；摻雜有過渡金屬原子的石墨的激光蒸發；一氧化碳等含碳原料氣體的高溫高壓氣相合成；和揮發性過渡金屬催化劑前體的化學蒸汽沉積(CVD)過程，其中，從含碳氣體制得的單壁碳納米管形成于納米級金屬催化劑顆粒上，而催化劑顆粒可以被承載于基片或催化劑載體上。
所有已知的合成單碳納米管的方法還產生各種反應產物，包括但并不限于單壁碳納米管，無定形碳，金屬催化劑殘余，以及，在某些情況下，多壁碳納米管。制得產物的分布取決于制備過程和過程中采用的操作條件。除了反應產物各不相同之外，不同的過程種類和操作條件還會制得其直徑和長度具有特定分布的單壁碳納米管。總體而言，如此制得的單壁碳納米管的長度超過大約50nm，通常大于約100nm。一般而言，單壁碳納米管的長度在大約1和10微米范圍內。
較短長度的納米管通常適用于各種應用，比如，用于平板顯示器，用于復合材料，和作為納米管進一步生長的“晶種”。要通過已知的單壁碳納米管制造過程獲得這樣較短的長度是不經濟的或不方便的，因為如此合成的納米管通常比要求長度長得多，而且，在許多情況下，是非常凌亂的或成束狀的。要切割或使單壁碳納米管變得更短是很復雜的，有兩個主要因素。首先，納米管在水和大部分普通溶劑中的溶解度非常小。其次，單壁碳納米管以束狀形式“糾纏”在一起的傾向很強，這些束狀物通過范德華力被緊緊固定在一起。糾纏現象形成以成排的束狀物或繩狀物形式排列的單壁碳納米管聚集體。這些聚集體是非常緊密結合的，一對沿著其長度彼此接觸的單壁碳納米管之間的結合能高達約500電子伏特/微米。
切割或使單壁碳納米管變短的方法包括化學方法，比如氧化性酸處理；包括物理方法，比如物理磨損和聲處理；以及這些方法的組合。在一種使單壁碳納米管變得更短的化學方法中，用濃縮硫酸和硝酸的混合物對SWNT進行氧化處理。(參見參考文獻中世界專利出版物WO 98/39250，“由單壁碳納米管形成的碳纖維”，于1998年9月11日出版，和Liu等人在《科學》(Science)280，(1998)第1253頁所述內容。這二者均結合在此供參考。)也可以使用物理方法切割或使單壁碳納米管變得更短。切割納米管的物理方法實例包括但并不限于，磨損，如G.Maurin等人在“分段和開口的多壁碳納米管”(Segmentedand opened multi-walled carbon nanotubes)，《碳》(Carbon)39(2001)，第1273-1287頁中所述；聲處理，如K.B.Shelimov等人在“用超聲輔助過濾純化單壁碳納米管”(Purification of single-wall carbon nanotubes byultrasonically assisted filtration)，《化學物理通訊》(Chem.Phys.Lett.)，282(1998)第429-434頁中所述；和應用電壓，如A.Rubio等人在“用掃描隧道顯微鏡切割碳納米管的機理”(A mechanism for cutting carbon nanotubeswith a scanning tunneling microscope)，Eur.Phys.J.B，17(2000)第301-308頁中所述。另一種切割單壁碳納米管的方法可以同時包括化學和物理方法。切割單壁碳納米管的組合方法實例中，對單氯苯溶液中的單壁碳納米管和聚甲基丙烯酸甲酯混合物進行聲處理和勻質化處理，如Yudasaka等人在《應用物理A》(Appl.Phys.A)71，(2000)第449-451頁中所述。
發明概述在一個實施例中，本發明涉及通過氟化和熱解切割單壁碳納米管的方法。在另一個實施例中，切割碳納米管的方法包括以下步驟純化單壁碳納米管，將單壁碳納米管與一種氟化劑反應形成具有CFx化學計量學的部分氟化納米管，其中x小于約0.3，在高達約1000℃的惰性氣氛或真空環境中熱解該部分氟化納米管。在本發明的另一個實施例中，單壁碳納米管的平均長度是約50nm。在另一個實施例中，本發明切割的單壁碳納米管通過連接一個官能團形成衍生物。
可以對切割的單壁碳納米管(切割SWNT)重復任意次數的氟化步驟，形成更短長度的切割SWNT。本發明的另一個實施例涉及切割SWNT的化學改性和操作。
本發明的方法特別適用于制造“切割”的單壁碳納米管。被切割成特定長度的單壁碳納米管可以被用于各種應用中，包括但并不限于(a)特定種類納米管進一步生長的“晶種”；(b)內生金屬，無機鹽或有機分子的載體；(c)用于治療癌癥的化學治療藥物和生物化學藥物的載體；(d)用于原子力顯微鏡尖端的短而硬的探針；(e)平板顯示器和電視屏幕中的低壓電子發射極；(f)用于聚合物復合材料的加強物，作為原始納米管，作為氟化納米管或作為具有烷基，氨基，羥基或其他取代基的衍生納米管；(g)用于氟管/鋰電化學電池的氟來源，這種電池具有比原始氟管更高的電壓和更長的壽命，原始氟管是非常凌亂和成束狀現象非常嚴重的；和(h)作為油脂的潤滑添加劑。
本發明具體實施的詳述在一個實施例中，本發明涉及通過氟化和熱解切割單壁碳納米管的一種方法。在另一個實施例中，切割碳納米管的方法包括以下步驟，純化單壁碳納米管，將單壁碳納米管與一種氟化劑反應形成具有CFx化學計量的部分氟化納米管，其中x小于約0.3，和在高達約1000℃的惰性氣氛或真空環境中熱解部分氟化的納米管以切割納米管。在本發明的另一個實施例中，單壁碳納米管的平均長度大約是50nm。在另一個實施例中，本發明切割的單壁碳納米管通過連接一個官能團形成衍生物。
在另一個實施例中，切割單壁碳納米管的方法中包括以下步驟，部分氟化單壁碳納米管，在氮氣或惰性氣氛中熱解部分氟化的單壁碳納米管，形成切割SWNT。通過在熱解前調節氟-碳的比例或者通過重復氟化和切割步驟，可將SWNT切割成任何指定長度。還可以對切割SWNT進行改性和官能化。在本發明的另一個實施例中，可以對切割的單壁碳納米管進行再次氟化和連接官能團形成衍生物，與之反應的物質包括但并不限于胺，烷基鋰化合物，格氏試劑，醇和過氧化物。
適用于本發明的單壁碳納米管的已知制備方法包括但并不限于，電弧放電；激光燒蝕；火焰合成；高溫高壓全氣相方法；化學蒸汽沉積；及其組合。對于某些應用而言，優選進行純化，可以用任何已知方式完成。純化納米管材料能除去無定形碳，金屬雜質和非納米管碳。純化碳納米管的適用過程如參考文獻中世界專利出版物“純化單壁碳納米管的過程及其組合物的方法”(Process for Purifying Single-Wall Carbon Nanotubes and CompositionsThereof)，即于2002年8月2日出版的WO 02/064869，和“純化單壁碳納米管的氣相過程及其組合物”，即于2002年8月22日出版的WO 02/064868所述。二者全部引為參考。
在部分氟化之前，可以在惰性環境或超高真空環境中加熱SWNT以除去吸附的氣體。
氟化單壁碳納米管的側壁和末端的方法如參考文獻中2000年3月30日出版的世界專利WO 00/17107和Mickelson等人在《化學物理通訊》(Chem.Phys.Lett.)296，(1998)第188-194頁中所述，二者均在此引為參考。這些氟化方法都能使氟與單壁碳納米管結構中的碳原子共價鍵合，同時保持納米管的壁結構。
SWNT的部分氟化包括，將SWNT與一種可選經過稀釋的氟化劑反應，并小心地控制反應條件，比如溫度，壓力，持續時間等，從而控制納米管的碳-氟化學計量。與化學計量是CF0.5的完全氟化相比，用于切割納米管的部分氟化一般包括CFx化學計量，其中的x在0.01到約0.3的范圍內，更通常在約0.1到約0.2的范圍內。總體而言，如果納米管中的氟含量較多的話，則切割管的長度較短。相反，如果納米管中的氟含量較少的話，則切割管的長度較長。
氟化劑可以是任何能氟化單壁碳納米管的物質。氟化劑優選是一種氣體，包括但并不限于F2，ClF3，BrF3，IF5，HF，XeF2，XeF4，XeF6，及其組合。氟化劑可選被一種氣相稀釋劑所稀釋，稀釋劑包括但并不限于氮氣和惰性氣體，比如氬氣，及其組合。在另一個實施例中，還可以將氫氣與氟化劑混合。在該實施例的一個例子中，適用氟化混合氣可以是其中包含約1體積％F2和1體積％H2的氮氣，一種惰性氣體或其組合。F2與H2混合會生成HF，也是另一種優選的在反應時產生的氟化劑。
可以改變部分氟化反應的溫度，壓力和持續時間，形成適用于提供部分氟化單壁碳納米管的條件組合。總體而言，氟化溫度范圍可以從至少約-80℃到約400℃，優選是約50℃到約250℃，更優選是約50℃到約150℃。總體而言，氟化時氟化劑的分壓范圍可以從約1毫托到約1000托。總體而言，氟化的持續時間范圍可以從約1秒到若干周，更通常是約1秒到約12小時。
在本發明的一個實施例中，使用一個氣流反應器來制備部分氟化的SWNT。在這個實施例中，一種氣相氟化劑與SWNT反應，部分氟化納米管。該氣相氟化劑可以被氮氣，一種惰性氣體，或其混合氣體稀釋。該氣流中活性氟化劑的濃度在約0.01體積％到約100％之間變動。
在本發明的一個實施例中，部分氟化可以通過一個或多個不連續的氟化步驟完成。在本發明的另一個實施例中，部分氟化可以通過漸進連續方式完成。
雖然沒有理論支持，但是據信納米管發生較多程度氟化后能生成長度更短的切割納米管。一些氟化條件會導致在納米管上發生比獲得指定長度的切割SWNT所要求的更過量的氟化。在這些情況下，可以在熱解前從納米管上除去一些氟。可以用還原劑對氟化納米管進行脫氟化。這些還原劑包括但并不限于肼(N2H4)，烷基肼，氨(NH3)，胺，氫化鋰鋁(LiAlH4)，氫氣(H2)，及其組合。
在總體而言是惰性的氣氛中加熱p-F-SWNT，熱解部分氟化的SWNT(p-F-SWNT)生成切割SWNT，惰性氣氛可以是氮氣或惰性氣體，比如氬氣，或在真空環境中，比如在超高真空(UHV)中。總體而言是惰性的氣氛壓力可以是任何能在熱解時切割p-F-SWNT的壓力。壓力范圍可以是從真空(比如，約10-5托)到約10000托的壓力。
熱解溫度可以是能切割部分氟化SWNT的任意溫度。總體而言，熱解溫度的范圍在約50℃和約1500℃之間，優選在約50℃和約1000℃之間。在一個實施例中，熱解溫度包括但并不限于，600℃，700℃，800℃，900℃，和1000℃，溫度保持時間包括但并不限于1到4小時。在另一個實施例中，熱解包括一系列不連續的熱解溫度和時間。在另一個實施例中，溫度隨時間緩慢降低或升高。“緩慢”是指溫度斜率在約1℃/分和約50℃/分的范圍內。優選溫度斜率在約5℃/分和約25℃/分的范圍內，更優選在約5℃/分和約10℃/分的范圍內。在另一個實施例中，熱解中使用連續的溫度變化和不連續的溫度變化。
雖然不受理論的約束，但是氟化作用是在納米管圓周上以帶狀發生的，形成帶狀的氟化區域(參見K.F.Kelly等人在《化學物理通訊》(Chem.Phys.Lett.)313(1999)第445-450頁所述)。同樣不受理論束縛，但是據發現納米管的切割是在納米管的氟化帶和氟化區域上發生的。低溫熱處理有助于氟在納米管上的重排。這樣的低溫熱處理可以在熱解部分氟化的碳納米管之前完成，或者將其與肼或其他能從納米管上除去氟的分子反應，除去部分氟化的碳納米管中的一些氟的部分氟化的碳納米管的熱解之前完成。典型低溫熱處理的溫度范圍是從約30℃到約200℃。通常，熱處理的持續時間是從約1小時到約24小時。
熱解會使碳氟物質從納米管中釋放出來并切割納米管。SWNT可以被切割成任何要求的長度。切割SWNT的長度有一個長度分布，其平均長度取決于以下因素但并不限于這些因素，比如部分氟化的程度，氟化劑，納米管的原始長度，氟化時間和溫度，和熱解時間及溫度曲線。
在通過熱解切割部分氟化的納米管之后，一些切割SWNT可以是被范德華吸引力緊密結合在一起的單壁碳納米管的短束狀或“繩狀”形式的。
在另一個實施例中，可以將切割SWNT在一種氧化性酸(比如，硫酸或硝酸)中進行回流。雖然不受理論的約束，但是據信這種處理能對納米管進行官能化，連接上羧酸基團和其他含氧基團。以這種方式被氧化的切割SWNT能在醇(比如，乙醇)中形成溶液和/或特別穩定的懸浮體。
在另一個實施例中，可以對切割SWNT進行再氟化形成短F-SWNT，而短F-SWNT可以被進一步切割成更短長度的納米管。這種更短的切割SWNT能形成與切割SWNT繩類似的更短的SWNT繩。這種短F-SWNT能溶于醇(比如，異丙醇)中，可以進一步與強親核試劑反應，這些親核試劑包括但并不限于胺，烷基鋰，格氏試劑，烷基鋁，硼烷，及其組合。
通過部分氟化和后續熱解切割SWNT，以及切割SWNT的進一步衍生化涉及各種相關參數(比如，數量，純度，反應時間等)。切割和衍生化過程可以被放大，這種放大過程也在本發明的范圍內。
通過以下實例說明本發明的優選實施例。本領域技術人員通過發明人在實例中公開的代表性技術能更好地實施本發明，應該視其為優選實施方式。但是，本領域技術人員閱讀了本發明之后能夠理解，可以在不超過本發明原理和范圍的情況下對所公開的特定實施例作出許多變化，但仍然獲得相同或類似的結果。
附圖簡要說明附
圖1所示是(a)純化的HIPCO SWNT，(b)具有大約CF0.2組成的部分氟化SWNT，和(c)切割SWNT的拉曼光譜對比。
附圖2所示是(a)具有大約CF0.2組成的部分氟化的SWNT，和(b)切割的SWNT的ATR-IR光譜。
附圖3所示是具有大約CF0.2組成的部分氟化的SWNT在氬氣中熱解的TGA圖。曲線(a)所示是溫度隨時間上升時的重量損失(總量的重量％)。曲線(b)所示是重量損失的導數(重量％損失/分)。
附圖4所示是F-SWNT在氬氣中熱解時所釋放出氣體的IR光譜。光譜(a)在t＝52.37到76.44分鐘時取得，對應的溫度范圍是約300到560℃。光譜(b)在t＝76.54到113.11分鐘時取得，對應的溫度范圍是約560到900℃。
附圖5所示是CF0.2熱解的TGA百分重量損失曲線的導數曲線。該化學圖譜表示F-SWNT在氬氣中熱解時釋放各種氣體的溫度范圍。
附圖6所示是F-SWNT的AFM圖象。
附圖7所示是切割SWNT的AFM圖象。
附圖8所示是切割SWNT的長度分布直方圖。
附圖9所示是切割SWNT的官能化反應。
本發明優選實施方式實施例1本實施例說明了通過氟化切割單壁碳納米管。HIPCO單壁碳納米管是用高溫高壓鐵催化的一氧化碳歧化全氣相方法制備的(HIPCO是CarbonNanotechnologies，Inc.，Houston，Texas的注冊商標)。用這種方法制備的納米管的平均直徑通常是約1.0nm。
在氟化之前，純化SWNT以除去無定形碳和殘余的鐵催化劑顆粒，這些物質中的大部分都被包封在碳外殼中。然后將純化的單壁碳納米管置于配備有連續鼓吹氦氣設備的控溫電爐中。
電爐溫度被控制在50±5℃。向電爐中引入F2和氦氣的混合物，混合物中F2的濃度是約1體積％。這種1％F2/H2混合物以受控流速通入SWNT并保持2小時。氟與SWNT反應生成部分氟化的SWNT。小心控制氟化條件，將納米管氟化成大約是CF0.2的組成，可以通過能量分散X射線光譜(EDS或EDAX)驗證。
然后以大約10℃/分的速率將部分氟化的SWNT加熱至約1000℃，在氬氣中熱解部分氟化的SWNT。熱解過程中，利用與傅立葉變換紅外(FT-IR)光譜連用的熱重分析儀(TGA)，對在熱解時的各種時間和溫度所釋放的物質進行定性和定量分析。
用拉曼光譜研究C-F鍵合特性，使用780.6nm的激發激光和衰減全反射紅外(ATR-IR)光譜。附圖1所示是氟化和熱解時SWNT的拉曼光譜。附圖1曲線(a)所示是已純化HIPCO SWNT的典型拉曼光譜。該光譜表示了位于170-270cm-1區域中的清晰徑向呼吸模式(RBM)峰，位于約1592cm-1處的強而尖的切線模式峰，和位于約1292cm-1處的非常低強度的“雜亂”模式峰。該光譜說明已純化的SWNT具有非常少的側壁缺陷。(Journet等人，《自然》(Nature)388，756(1997))。
附圖1曲線(b)所示是F-SWNT的拉曼光譜。“雜亂”模式峰表示了強度的特征增加，說明氟化的納米管中具有大量的sp3雜化碳原子。RBM和切線模式區域中拉曼光譜的變化說明了SWNT中氟對碳的鍵合結構和對稱性變化。
F-SWNT的ATR-IR光譜如附圖2曲線(a)所示。1111cm-1和1221cm-1處的峰分別來自于半共價和共價的C-F鍵，使用氟化石墨作為對比點(參見Nakajima，《氟-碳和氟-碳材料，化學，和物理》(Fluorine-Carbon andFluoride-Carbon Materials，Chemistry，and Physics)，Marcel Dekker(1995))。1545cm-1處的峰來自于碳納米管側壁中由附近C-F鍵引發的C＝C雙鍵拉伸模式(C＝C雙鍵拉伸模式通常不存在于原始單壁碳納米管中)。C＝C雙鍵吸附峰的低相對強度說明氟化后納米管含有位于側壁上的未氟化區域。
附圖3曲線(a)所示是F-SWNT在熱解加熱時的TGA重量損失。百分重量損失曲線說明熱解時的整體重量損失大約是45％。附圖3曲線(b)給出了重量損失曲線的時間導數，并表示出重量損失的主要區域。第一個主要重量損失發生在大約300℃和大約560℃之間；第二主要重量損失發生在大約560℃和大約1000℃之間。溫度連續上升至大約1000℃之后，將1000℃的溫度保持1小時。在等溫1000℃加熱時，重量損失拉平至約45重量％，說明熱解產生的部分氟化和切割并沒有完全損壞納米管。
用FTIR測定F-SWNT熱解時釋放出的氣相物質的組成和數量。確定的主要氣相物質包括CF4，COF2和CO2，如附圖4中所示。(氧氣的來源并未確定，但可能是氬氣中的一種雜質。)附圖5中給出的化學圖譜表示了熱解中釋放的主要氣相物質的相對濃度和時間/溫度。CO2和COF2通常是在300℃和560℃的溫度范圍內釋放的，而CF4在大約560℃和更高溫度時釋放。因此，有兩個釋放氟化物質的主要區域；首先，CO2和COF2在大約300℃和大約560℃之間釋放；其次，CF4在560℃和更高溫度處釋放。
TGA圖譜和IR光譜說明，在熱解F-SWNT時，許多氟和一定量的碳被從碳納米管中被除去。但是，碳的損失并不會導致SWNT的完全毀壞和崩潰。熱解后對碳殘余物的研究發現，在高達1000℃熱解原始納米管之后，大約有55％的質量保留著。
除了切割納米管之外，熱解還能從SWNT中除去許多氟。從附圖2曲線(b)中給出的切割SWNT的ATR-IR光譜中發現，熱解后C-F和C-F引發的C＝C峰消失。切割SWNT的EDAX元素分析也說明，熱解后切割SWNT中的氟含量小于0.2原子％。
切割SWNT的拉曼光譜如附圖1曲線(c)所示。切線模式相比雜亂模式的相對高強度說明，管狀SWNT結構在熱解時得以保持。雜亂模式相對強度的明顯降低反映了熱解時納米管樣品中sp3碳和sp2碳相對量的變化。
還用原子力顯微鏡(AFM)分析切割SWNT。制備用于AFM成像的切割SWNT時，將納米管用超聲輔助方法分散在1重量％的十二烷基硫酸鈉(SDS)表面活性劑水溶液中，并沉積在硅圓片上。部分氟化SWNT的AFM圖像如附圖6中所示。熱解后切割SWNT的典型AFM圖像如附圖7中所示。切割SWNT的長度分布直方圖如附圖8中所示。根據AFM的測量可知，本實施例中切割SWNT束的平均長度大約是40nm，有大約80％短于60nm。相反，大部分未切割的部分氟化SWNT具有大于1μm的長度，如附圖6中所示。AFM“高度”分析說明，未切割的部分氟化SWNT的平均束尺寸(即，納米管束的直徑)大約是8nm，而切割SWNT的平均束直徑大約是6nm。
實施例2本實施例說明了一系列適用于制造具有不同碳-氟化學計量的部分氟化單壁碳納米管的實驗條件。可變量包括氟化溫度在大約50℃和150℃的范圍內，氟化時間在大約1小時和4小時范圍內，氟(F2)氣體濃度在0.2體積％和10體積％范圍內。從不同實驗條件中可以獲得各種氟化程度的單壁碳納米管。氟化程度以CFx化學計量表示，其中x在0.06到0.3范圍內。納米管的氟化實驗條件和氟化程度如表1中所示。
表1
實施例3本實施例說明對氟化SWNT進行脫氟化能從納米管中除去一些氟。將HIPCO單壁碳納米管氟化成碳-氟化學計量為CF0.25和CF0.5。對氟化納米管進行脫氟化，生成具有碳-氟化學計量分別是大約CF0.05(大約C20F)和大約CF0.017(大約C60F)的部分氟化納米管。
實施例4本實施例說明了制備官能化的切割SWNT的方法。附圖9所示是切割SWNT的反應。在反應“A”中，切割SWNT與1摩爾/升的HNO3(水溶液)反應，并沸騰回流15到20小時，生成可溶于乙醇的氧官能化SWNT，其特征是SWNT上具有氧和羥基。
在反應“B”中，切割SWNT與一種F2和HF的氣相混合物在大約150℃反應約12小時，生成可溶于異丙醇(IPA)的末端和側壁氟化的切割SWNT(F-切割SWNT)。
在反應“C”中，F-切割SWNT進一步與己基鋰在-40℃反應。在該反應中，己基取代氟基團生成可溶于己烷的己基衍生的切割SWNT。
按照本說明書制造和實施這里所公開和要求的所有組成和方法時不需要過多實驗。而本發明的組成和方法都以優選實施例的形式進行說明，在本發明概念，原理和范圍內按照順序應用這些組成和方法，或者對其進行變化，對本領域技術人員而言是顯而易見的。更具體地說，利用某些化學相關的試劑代替所述試劑取得相同或相似的結果是顯而易見的。對本領域技術人員而言是顯而易見的所有這些相似的替代和改進，都屬于權利要求所定義的本發明原理，范圍和概念。
權利要求
1.一種切割單壁碳納米管的方法，包括(a)將一種氟化劑與單壁碳納米管反應，形成部分氟化的單壁碳納米管；和(b)熱解該部分氟化的單壁碳納米管，生成切割的單壁碳納米管。
2.如權利要求1所述方法，其特征在于該氟化劑選自F2，ClF3，BrF3，IF5，HF，XeF2，XeF4，XeF6，及其組合。
3.如權利要求1所述方法，其特征在于還包括純化該單壁碳納米管。
4.如權利要求1所述方法，其特征在于該氟化劑是F2。
5.如權利要求1所述方法，其特征在于該氟化劑是HF。
6.如權利要求1所述方法，其特征在于將氫與該氟化劑混合。
7.如權利要求1所述方法，其特征在于該氟化劑被一種選自氮氣，惰性氣體，氬氣及其組合的氣體所稀釋。
8.如權利要求1所述方法，其特征在于該氟化劑的濃度在大約0.001體積％和100體積％的范圍內。
9.如權利要求1所述方法，其特征在于該氟化劑的濃度在大約0.02體積％和大約10體積％的范圍內。
10.如權利要求1所述方法，其特征在于氟化是在大約-80℃和大約400℃范圍內的溫度下完成的。
11.如權利要求1所述方法，其特征在于氟化是在大約50℃和大約250℃范圍內的溫度下完成的。
12.如權利要求1所述方法，其特征在于氟化是在大約50℃和大約150℃范圍內的溫度下完成的。
13.如權利要求1所述方法，其特征在于該部分氟化的單壁碳納米管具有CFx化學計量，其中x在大約0.01和大約0.3的范圍內。
14.如權利要求1所述方法，其特征在于該部分氟化的單壁碳納米管具有CFx化學計量，其中x在大約0.1和大約0.2的范圍內。
15.如權利要求1所述方法，其特征在于還包括從該部分氟化的單壁碳納米管中除去一部分氟。
16.如權利要求1所述方法，其特征在于還包括在惰性氣氛中加熱該部分氟化的單壁碳納米管。
17.如權利要求16所述方法，其特征在于加熱是在大約30℃和大約200℃范圍內的溫度下完成的。
18.如權利要求16所述方法，其特征在于加熱是在大約1和大約24小時范圍內的時間內完成的。
19.如權利要求16所述方法，其特征在于加熱是在熱解前進行的。
20.如權利要求1所述方法，其特征在于熱解是在一種選自氮氣，惰性氣體，氬氣及其組合的氣氛中進行的。
21.如權利要求1所述方法，其特征在于熱解是在真空環境中進行的。
22.如權利要求1所述方法，其特征在于熱解是在大約50℃和大約1500℃范圍內的溫度下完成的。
23.如權利要求1所述方法，其特征在于熱解是在大約50℃和大約1000℃范圍內的溫度下完成的。
24.如權利要求1所述方法，其特征在于切割的單壁碳納米管包含小于約0.2原子％的氟。
25.如權利要求1所述方法，其特征在于還包括用一種官能基團對該切割的單壁碳納米管進行衍生化。
26.如權利要求25所述方法，其特征在于該官能基團由一種選自胺，烷基鋰，格氏試劑，醇，過氧化物的化合物及其組合提供。
27.如權利要求1所述方法，其特征在于還包括氟化該切割的單壁碳納米管，產生氟化的切割單壁碳納米管。
28.如權利要求27所述方法，其特征在于包括用一種官能基團對該氟化的切割單壁碳納米管進行衍生化。
29.如權利要求28所述方法，其特征在于該官能基團由選自胺，烷基鋰，格氏試劑，烷基鋁，硼烷的化合物及其組合提供。
30.如權利要求1所述方法，其特征在于該氟化劑具有大約1毫托和大約1000托范圍內的分壓。
全文摘要
一種切割單壁碳納米管的方法，包括部分氟化單壁碳納米管和在高達約1000℃的惰性氣氛或真空中熱解該部分氟化納米管。納米管可選在切割前進行純化。部分氟化作用包括氟化該納米管至碳－氟化學計量為CF
文檔編號B82B3/00GK1628075SQ03803181
公開日2005年6月15日 申請日期2003年4月8日 優先權日2002年4月8日
發明者J·L·馬格拉夫, Z·顧, R·H·霍格, R·E·斯馬利 申請人:威廉 馬歇 萊思大學