【摘要】：單壁碳納米管(SWCNTs)自從被發(fā)現(xiàn)以來,憑借其優(yōu)異且獨(dú)特的各項(xiàng)性質(zhì),在各領(lǐng)域都展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景,一直是廣大科研人員的研究熱點(diǎn)。但是,目前制備技術(shù)所得產(chǎn)物往往是各種結(jié)構(gòu)碳管的混合物,這其中性質(zhì)不同的碳管將很大程度制約了碳管的應(yīng)用。以電學(xué)性質(zhì)為例,根據(jù)碳管的結(jié)構(gòu),其電學(xué)性質(zhì)可分為半導(dǎo)體型和金屬型,且半導(dǎo)體型碳管的能帶寬度也隨著結(jié)構(gòu)的變化而變化。因此,如何對碳管產(chǎn)物進(jìn)行后處理從而實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)碳管的選擇性分離是當(dāng)今科學(xué)界亟待解決的難題。本工作主要是以凝膠色譜碳管分離法為研究對象,通過優(yōu)化技術(shù)中的各項(xiàng)參數(shù),并借鑒其他分離技術(shù),努力尋找和設(shè)計(jì)出效果更好的新型凝膠法碳管分離技術(shù),主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:(1)對于傳統(tǒng)的基于一種表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)的凝膠法,由于該分離體系對碳管結(jié)構(gòu)的識別度較低,碳管的結(jié)構(gòu)分離需要進(jìn)行多次重復(fù)的實(shí)驗(yàn),方法非常繁瑣。本文介紹了一種SDS溶液分步洗脫技術(shù),可以讓分離全程僅在一根凝膠柱進(jìn)行,大幅提升了分離效率,且分離效果也維持了之前的水平。此外,我們還發(fā)現(xiàn)乙醇對分離過程也有較大的影響,并發(fā)明了一種新穎的“乙醇助凝膠色譜法”。該方法不僅同樣有著較高的分離效率,而且還降低了SDS的工作濃度,更大程度地節(jié)約了實(shí)驗(yàn)的成本。(2)為了進(jìn)一步提升碳管分離效果,我們嘗試地在凝膠法中同時(shí)使用幾種表面活性劑,并詳細(xì)地探索了十二烷基硫酸鈉SDS,脫氧膽酸鈉DOC以及膽酸鈉SC之間搭配方式和各自的作用。最終,我們基于這些結(jié)果,讓三種表面活性劑在分離過程中各司其職,實(shí)現(xiàn)了11種單一結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體型碳管的分離,其中五種結(jié)構(gòu)碳管的純度甚至高達(dá)90%以上。碳管手性結(jié)構(gòu)分離效果已達(dá)到之前文獻(xiàn)的最佳水平,而鏡像體結(jié)構(gòu)的分離純度比之前最好的結(jié)果高出了數(shù)十倍。(3)此外,我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,總結(jié)出了凝膠法碳管分離的機(jī)理模型,對今后的碳管分離技術(shù)有較大的參考價(jià)值。我們發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)碳管與凝膠之間的作用力是碳管分離的關(guān)鍵,而作用力差異的來源則是由于碳管外壁的表面活性劑膠束層厚度或致密度不同。
【圖文】：

1.1 引言碳元素是自然界中含量最為豐富的幾種元素之一，它能夠以多種物質(zhì)形態(tài)，廣泛地存在于地球上，是構(gòu)成一切物質(zhì)的基礎(chǔ)。而在所有碳基材料中，碳納米材料（特征維度尺寸介于 1 至 100 nm），更是憑借其具有別于宏觀材料的優(yōu)異性能，在短短幾十年內(nèi)迅速發(fā)展成為各大科研小組爭相研究的明星材料。常見的碳納米材料主要包括：富勒烯 C60[1]，，碳納米管[2]以及石墨烯[3]，富勒烯和石墨烯更是分別獲得了 1996 年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)和 2010 年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。而作為同屬一個(gè)大家庭的碳納米管，自其 1991 年被日本科學(xué)家 Iijima[2]發(fā)現(xiàn)以來，也同樣是科學(xué)界的研究焦點(diǎn)，并在 2008 年獲得 Kavli 納米科學(xué)獎(jiǎng)。雖然碳納米管一直都是諾貝爾獎(jiǎng)的有力競爭者，但卻多次遺憾地與其失之交臂，這一部分也歸咎于碳管領(lǐng)域一些研究壁壘和難題尚未被攻克。因此，我們相信，經(jīng)過廣大科研人員在這個(gè)領(lǐng)域的不斷努力，碳納米管將會有更多、更優(yōu)異的性能被挖掘出來。

IBM 公司的 D.Bethune[10]幾乎同時(shí)、各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管以來，這種極具潛力的材料就一直是各領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。1.2 單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)單壁碳納米管（single-walled carbon nanotubes，SWCNTs）可以看作是由單層石墨烯卷曲而成的中空圓筒狀材料，卷曲示意圖如圖 1.1 所示[11]�？上攵�，由于卷曲方式的不同，單壁碳納米管勢必會具有不同的分子結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)的差異最終也會導(dǎo)致材料性質(zhì)的不同。因此，為了更好、更形象地描述各種單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)，科學(xué)家就利用了上述模型，將碳管結(jié)構(gòu)的差異等價(jià)地看作是由卷曲方式導(dǎo)致，并引入了手性矢量（也稱螺旋矢量） 。如圖 1.2 所示，手性矢量 在圖中就是一個(gè)由 O 點(diǎn)指向 A 點(diǎn)的矢量，用于表達(dá)一種以零點(diǎn) O 為起點(diǎn)；任意點(diǎn) A 為終點(diǎn)的單層卷曲模型。 的表達(dá)式如式 1.1 所示：，[12](1.1)
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71;O658

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10 李文治,錢生法,周維亞,王剛,付春生,趙日安,解思深,錢露茜;碳管的結(jié)構(gòu)和生長熱力學(xué)研究[J];中國科學(xué)(A輯 數(shù)學(xué) 物理學(xué) 天文學(xué) 技術(shù)科學(xué));1996年06期

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2 林

本文編號：2536805