快速檢測單壁碳納米管長度分布的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及化工領域，尤其是涉及一種快速檢測單壁碳納米管長度分布的方法。
【背景技術】
[0002] 單壁碳納米管是由單層石墨烯卷曲而成的。單壁碳納米管的長度可以影響其電 學和光學性質，也影響其分離效率和得到的樣本純度。所以，長度分離是非常重要的。然 而，目前的合成方法還不能確保單壁碳納米管結構與性質的單一性。近年來，人們采用很多 分離技術來獲得不同長度的單壁碳納米管，包括尺寸排除色譜法，凝膠電泳法，毛細管電泳 法，場流分級法和密度梯度離心法（DGU)。DGU方法的優勢來源于其操作參數的可控性和可 量產，這是因為我們可以輕易調節單壁碳納米管和密度梯度介質的密度使其產生不同的分 離選擇性。目前為止，沒有一種分離方法可以得到單一長度的樣本，所以我們需要精確地確 定分離樣本的長度分布。人們常用透射電子顯微鏡（TEM)和原子力顯微鏡（AFM)來量化單 壁碳納米管的長度分布。在微觀研宄中，分散好的單壁碳納米管溶液沉積到基板上，然后測 量數百根的碳管以獲得具有統計學意義的數據。TEM和AFM的樣本準備過程需要投入大量 的時間和人力，特別是，只有一小部分的樣本可以被檢測，這也加大了產生誤差的概率。人 們也采用動態光散射OLS)來量化單壁碳納米管的長度，在DLS的計算過程中，人們假設單 壁碳納米管是薄且剛性的長棒。但由于單壁碳納米管具有大長徑比（100-10000)和良好的 機械柔韌性，在溶液中單壁碳納米管會卷曲，從而導致長度預測的不準確性。在2008年， 美國的一個研宄組發現單壁碳納米管的吸收強度是與長度有關的，并且根據他們的實驗結 果，提出了相關的公式，通過這個公式我們可以計算單壁碳納米管的長度，但是它只能預測 樣本的平均長度，并且只對特定批次的樣本有效。
【發明內容】
[0003] 為了克服上述技術問題，本發明提供了一種快速檢測單壁碳納米管長度分布的方 法，本發明將吸收光譜與多變量的化學計量學校正方法結合起來，對單壁碳納米管的長度 分布有著優異的預測結果，并且這種方法適用于所有長度和類型的碳納米管，使人們能直 接通過吸收光譜，快速得到所測樣本的長度分布曲線，采用的技術方案如下：
[0004] 快速檢測單壁碳納米管長度分布的方法，該方法按如下步驟進行：
[0005] a、準備不同長度的樣本；
[0006] b、使用AFM去測量這些樣本的長度，以做參考；
[0007] c、測量不同長度樣本的吸收光譜；
[0008]d、利用化學計量學方法計算，建立數學模型；
[0009]e、重建長度分布曲線。
[0010] 進一步的，所述單壁碳納米管樣本由DGU方法制備，所采用的密度梯度介質溶液 由體積百分比60%的碘克沙醇和適量的2wt%脫氧膽酸鈉溶液或單壁碳納米管的溶液構 成，將置有上述密度介質溶液的離心管在24, 600g，5°C的條件下高速離心94小時，隨后，離 心管中的懸浮液被提取了 10層/mL。
[0011] 進一步的，所述化學計量學方法包括偏最小二乘算法、擴展反向信號校正算法和 高斯過程回歸算法。
[0012] 本本發明將吸收光譜與多變量的化學計量學校正方法結合起來，對單壁碳納米管 的長度分布有著優異的預測結果，并且這種方法適用于所有長度和類型的碳納米管，使人 們能直接通過吸收光譜，快速得到所測樣本的長度分布曲線，對任意長度與手性的單壁碳 納米管的長度分布有著優異的預測結果。
【附圖說明】
[0013]圖1為快速檢測單壁碳納米管長度分布的流程圖。
[0014] 圖2為LOO-CV校正結果。
【具體實施方式】
[0015] 結合圖1具體實施例為：
[0016] 選用單壁碳納米管選擇（7,6)手性的單壁碳納米管（Sigma-AIdrich，batch number94496KJ)，D⑶方法的具體步驟為：將8,10,12mg的單壁碳納米管分別分散在10ml 的2wt%脫氧膽酸鈉（DOC)中。冰浴中超聲1小時，在53, 000g下高速離心1小時。將得到 的上層溶液作為DGU分離的起始溶液。密度梯度由碘克沙醇（60% (w/v)，Sigma)和適量的 2wt%D0C溶液或單壁碳納米管的溶液構成。從上至下依次為0. 5mLof40%碘克沙醇，0. 5mL of30%碘克沙醇，0. 8mLof20%碘克沙醇（含有0. 267mL單壁碳納米管溶液，和8. 2mL of18%碘克沙醇）。接著以24, 600g，5°C在離心機中高速離心94小時。隨后，離心管中 的懸浮液被提取了 10層（lmLeach)。將得到的不同長度的樣本用AFM和紫外-近紅外吸 收光譜檢測，得到的結果用于各種化學計量學的計算。采用留一交叉驗證（Ieave-one-out cross-validation(L00-CV))方法來評價不同化學計量學的預測結果。結果發現：如圖2所 示，GPR和EISC這兩種化學計量學方法對單壁碳納米管的長度分布有著優異的預測結果。 校正結果如下表：
[0017]
【主權項】
1. 快速檢測單壁碳納米管長度分布的方法，該方法按如下步驟進行： a、 準備不同長度的樣本； b、 使用AFM去測量這些樣本的長度，以做參考； c、 測量不同長度樣本的吸收光譜； d、 利用化學計量學方法計算，建立數學模型； e、 重建長度分布曲線。
2. 如權利要求1所述的快速檢測單壁碳納米管長度分布的方法，其特征是所述單壁碳 納米管樣本由DGU方法制備，所采用的密度梯度介質溶液由體積百分比60%的碘克沙醇和 適量的2wt%脫氧膽酸鈉溶液或單壁碳納米管的溶液構成，將置有上述密度介質溶液的離 心管在24, 600g，5°C的條件下高速離心94小時，隨后，離心管中的懸浮液被提取了 10層/ mLo
3. 如權利要求1或2所述的快速檢測單壁碳納米管長度分布的方法，其特征是所述化 學計量學方法包括偏最小二乘算法、擴展反向信號校正算法和高斯過程回歸算法。
【專利摘要】快速檢測單壁碳納米管長度分布的方法，該方法按如下步驟進行：a、準備不同長度的樣本；b、使用AFM去測量這些樣本的長度，以做參考；c、測量不同長度樣本的吸收光譜；d、利用化學計量學方法計算，建立數學模型；e、重建長度分布曲線。
【IPC分類】G01N21-31
【公開號】CN104819943
【申請號】CN201510210249
【發明人】司榮美, 劉彩風
【申請人】天津寶興威科技有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月24日