一种金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆及其合成方法
【专利摘要】一种金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆及其合成方法，涉及一种电缆及其合成方法，采用化学气相沉积（CVD）热反应法的方式原位制备；将石墨、催化剂、含硫生长促进剂、硅粉、金属粉或金属化合物粉压制；采用惰性气氛作为保护气氛及载气，石墨、催化剂、含硫生长促进剂、硅粉反应生成单壁碳纳米管；含硫生长促进剂与金属粉或金属化合物粉反应生成金属硫化物，单壁碳纳米管和金属硫化物团簇离开原料表面，流向低温区；在此过程中，金属硫化物团簇包覆于单壁碳纳米管表面。该电缆具有优良的光电化学特性，电缆的芯体仅有一根或几根单壁碳纳米管构成，将有利于单壁碳纳米管纳米尺度电效应的发挥，体现出更加优异的新奇特性。
【专利说明】
一种金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆及其合成方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种电缆及其合成方法，特别是涉及一种金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆及其合成方法。
【背景技术】
[0002]单壁碳纳米管具有独特的电学性能，这使得其可潜在应用于纳米电子、透明导电膜、导电聚合物纳米复合材料之中。金属硫化物为具有一定宽度带隙的半导体，其纳米结构被广泛探索应用于光催化剂、光致发光和传感器之中。以单壁碳纳米管为内核、以金属硫化物为外壳的纳米电缆结构可以结合两者的优点，从而展现出某些新奇的性质。
[0003]通常情况所得的单壁碳纳米管样品通常是以管束的形式存在，所以，在几种已有的以单壁碳纳米管为核的纳米电缆的制备方法中，首先将单壁碳纳米管在溶液中进行分散，使管束分散为单根，然后对单根的单壁碳纳米管用无机材料前驱体进行包覆。由于单壁碳纳米管束分散较难，增加了纳米电缆的制备难度，故目前以单壁碳纳米管为核的纳米电缆结构较有限。另外，单壁碳纳米管的分散通常需要超声处理及添加表面活性剂，这不可避免的会给单壁碳纳米管引入缺陷和杂质，进而影响其本征特性。研究人员寻找采用一步法合成具有完整单壁碳纳米管内核的纳米电缆的方法。曾有研究人员通过氢电弧方法直接合成了无定形氧化硅包覆单壁碳纳米管的纳米电缆结构，这表明直接合成含有单壁碳纳米管的纳米电缆是可行的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆及其合成方法，本发明直接合成金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆，金属硫化物为具有一定宽度带隙的半导体，具有优良的光电化学特性;有利于单壁碳纳米管纳米尺度电效应的发挥;该纳米电缆结构将结合壳核两种材料的优异特性，体现出更加优异的新奇特性。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆，所述电缆原料为石墨、催化剂、含硫生长促进剂、娃粉、金属粉或金属化合物粉，金属硫化物团簇包覆于单壁碳纳米管表面，形成纳米电缆;催化剂为铁、钴、镍过渡族元素之一种或两种以上混合，加入量为0.01-40.0 Wt.%;含硫生长促进剂的加入量为0.01-30.0 wt.%；硅粉的加入量为0-40.0 wt.%；金属粉或金属化合物粉加入量为0.005-30.0 wt.%；余量为石墨。
[0006]—种金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆合成方法，所述方法包括如下制备过程:采用化学气相沉积(CVD)热反应法的方式原位制备;将石墨、催化剂、含硫生长促进剂、硅粉、金属粉或金属化合物粉压制;采用惰性气氛作为保护气氛及载气;在控制温度下，石墨、催化剂、含硫生长促进剂、硅粉反应生成单壁碳纳米管;含硫生长促进剂与金属粉或金属化合物粉反应生成金属硫化物;在惰性气氛的载气作用下，单壁碳纳米管和金属硫化物团簇离开原料表面，流向低温区；在此过程中，金属硫化物团簇包覆于单壁碳纳米管表面，制备成纳米电缆。
[0007]所述的一种金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆合成方法，所述惰性气氛为Ar、N2、He、H2气氛之一或几种混合，流量为5-2000 ml/min。
[0008]所述的一种金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆合成方法，所述升温速率为2-50° C/min，反应温度为600-1300° C之间，反应时间为0.1-10 h。
[0009]本发明的优点与效果是:
1.本发明将石墨、催化剂、含硫生长促进剂、金属粉(或金属化合物粉)等原料共蒸发，原位、同步完成单壁碳纳米管的生长和金属硫化物的包覆，工艺过程简单；
2.本发明避免了纯化、超声分散、电化学沉积、有机介质键合等物理化学过程对单壁碳纳米管的结构和电性能的影响；
3.本发明得到的纳米电缆是分立的，可操纵性强。
【附图说明】
[0010]图1为实施例一中所合成金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆的扫描电镜照片
(8)、(13)与透射电镜照片((3)、((1)。
[0011]图2为实施例二中所合成金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆的扫描电镜照片(a)、(b)0
[0012]图3为实施例三中所合成金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆的扫描电镜照片
(a)、(b)0
【具体实施方式】
[0013]下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0014]实施例一
将石墨、5.0 wt.%催化剂、2.0 wt.%生长促进剂和0.2 wt.%锌粉的混合粉末压制成一个圆形料片，放于瓷舟中，置于化学气相沉积炉的中心恒温区。以氩气为保护气氛和载气，流量为50 ml/min。以10°C/min的升温速率升至1000°C，保温I h，而后自然降温。所得产物表征结果如图1所示。这种制备条件下生长的纳米电缆的长度为几个到几十微米，直径约为120 nm，电缆芯部单壁纳米碳管的根数在1-5之间，电缆的外壳层连续，电缆的外包覆层为多晶硫化梓。
[0015]实施例二
将石墨、10.0 wt.%催化剂、4.0 wt.%生长促进剂、1.0 wt.%娃粉和1.0 wt.%的锌粉的混合粉末压制成一个圆形料片，放于瓷舟中，置于化学气相沉积炉的中心恒温区。以氦气为保护气氛和载气，流量为100 1111/11^11。以10°(:/1^11的升温速率升至900°(:，保温0.5 h，而后自然降温。所得产物表征结果如图2所示。这种制备条件下生长的纳米电缆的长度为几个到几十微米，直径约为200 nm，电缆芯部单壁纳米碳管的根数在1-5之间，电缆的外壳层由多个纳米晶粒组成，电缆的外包覆层为多晶硫化锌。
[0016]实施例三将石墨、20.0 wt.%催化剂、8.0 at.%生长促进剂、2.0 wt.%娃粉和2.0 wt.%的氧化锌粉的混合粉末压制成一个圆形料片，放于瓷舟中，置于化学气相沉积炉的中心恒温区。以氮气为保护气氛和载气，流量为120 ml/min。以10°C/min的升温速率升至1000°C，保温1.2 h，而后自然降温。所得产物表征结果如图3所示。这种制备条件下生长的纳米电缆的长度为几十微米，直径约为400 nm，电缆芯部单壁纳米碳管的根数在1-5之间，电缆的外壳层连续，电缆的外包覆层为多晶硫化锌。
【主权项】
1.一种金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆，其特征在于，所述电缆原料为石墨、催化剂、含硫生长促进剂、硅粉、金属粉或金属化合物粉，金属硫化物团簇包覆于单壁碳纳米管表面，形成纳米电缆;催化剂为铁、钴、镍过渡族元素之一种或两种以上混合，加入量为0.01-40.0 wt.%;含硫生长促进剂的加入量为0.01-30.0 wt.%;硅粉的加入量为0_40.0wt.%；金属粉或金属化合物粉加入量为0.005-30.0 wt.%；余量为石墨。2.一种金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆合成方法，其特征在于，所述方法包括如下制备过程:采用化学气相沉积(CVD)热反应法的方式原位制备;将石墨、催化剂、含硫生长促进剂、硅粉、金属粉或金属化合物粉压制;采用惰性气氛作为保护气氛及载气;在控制温度下，石墨、催化剂、含硫生长促进剂、硅粉反应生成单壁碳纳米管;含硫生长促进剂与金属粉或金属化合物粉反应生成金属硫化物;在惰性气氛的载气作用下，单壁碳纳米管和金属硫化物团簇离开原料表面，流向低温区；在此过程中，金属硫化物团簇包覆于单壁碳纳米管表面，制备成纳米电缆。3.根据权利要求2所述的一种金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆合成方法，其特征在于，所述惰性气氛为Ar、N2、He、H2气氛之一或几种混合，流量为5-2000 ml/min。4.根据权利要求2所述的一种金属硫化物包覆单壁碳纳米管纳米电缆合成方法，其特征在于，所述升温速率为2-50° C/min，反应温度为600-1300° C之间，反应时间为0.1-1O h。
【文档编号】B82Y30/00GK106082166SQ201610404733
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】张艳丽, 何向明
【申请人】沈阳化工大学