富勒烯型多層碳納米顆粒的製作方法

2023-05-31 18:45:21

專利名稱：富勒烯型多層碳納米顆粒的製作方法
技術領域：
本發明涉及碳的化學，特別是，涉及富勒烯型(fulleroid type)多層碳納米顆粒的獲得。
富勒烯型顆粒具有呈現由σ和π鍵交互的5元環，6元環組成的連續網狀的典型結構。
多層顆粒具有等於0. 34-0. 36nm的層間距。富勒烯型納米顆粒的結構決定了它們具有低強度的、強的或異常高的彌散相互作用(dispersion interaction)的性能，該性能通過進入所述顆粒的電磁波的電場強度的可行性增長得到證實。
背景技術：
富勒烯型多層碳納米顆粒一多層碳納米管一是管狀納米顆粒，具有相當大範圍的尺寸長度為IO-IOOOOOnm ；外徑為l_500nm ；壁厚為0. l_200nm。納米管通過提取由石墨陽極的電弧蒸發得到的陰極沉積物而獲得(申請JP 07-165406，M. cl. C01B，31/00，1995)。
所述的多層納米管在包含這些納米顆粒的陰極的自發射中在電極間隙中對相互作用力幾乎沒有影響。此外，在包含納米管的陰極表面上實現的電場增益係數值很小，不允許在各種介質的邊界上獲得高水平的彌散相互作用。
具有0. 34-0. 36nm的層間距以及60-200nm的平均顆粒尺寸的富勒烯型多面體多層碳納米顆粒是已知的(RU專利號2196731，M. cl. C01B, 31/02，2003)。
所述多面體多層碳納米顆粒是具有內部裂縫狀毛細管的4-7面多面體。它們也可以具有分枝形式並可不包含所述的內部毛細管，或者它們可具有拉平的多面體的形式，其外徑超出納米顆粒的長度。
所述富勒烯型多面體多層納米顆粒從電弧過程中石墨陽極的蒸發得到的陰極沉積物的外殼中提取獲得。製備方法包括研磨過的陰極沉澱物外殼的氣相氧化以及隨後的碳粉在氫氧化物和硝酸鉀的混合物熔體中的液相氧化，如在RU2196731中所示的。
所述多面體多層碳納米顆粒具有很多有價值的特性它們有助於構造混凝土(RU 專利號2233254，2004)，增強合金的耐磨性(RU專利號2281341，2003)，高抗熱降解性(RU 專利號2196731，200 等等。然而，它們在尺寸和形狀分布的隨機性不允許在從由這些納米顆粒製成的陰極自電子發射的過程中實現在電極間隙間相互作用力的效果，也不允許在它們表面上獲得高的電場增益係數，高的電場增益係數在各種介質的相界面上提供最高水平的彌散相互作用。發明內容
本發明的目的是獲得富勒烯型多層碳納米顆粒，在由所述顆粒製成的陰極自電子發射過程中所述顆粒在電極間隙間提供高值的相互作用力。
根據本發明，層間距為0. 34-0. 36nm的富勒烯型多層碳納米顆粒具有環形形狀， 環狀多層體的外徑與厚度的比為(10-3) 1且納米顆粒的平均尺寸為15-lOOnm。
所述富勒烯型環形多層碳納米顆粒通過它們在電場中的分離來選擇多層碳納米顆粒的尺寸和形狀而獲得，如Brozdnichenko A.N.&all.的論文中所述(Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques,2007, No2, p. 69-7 。為了獲得所述形狀的納米顆粒，陰極板被放置在真空體中；由先前的操作通過氧化得到的多層碳納米顆粒置於陰極板上，並且與之平行放置由非磁性材料例如鉭製成的陽極板。將陽極和陰極連接到高壓電源後，提供電壓並且逐漸提高在電極間隙間的電位差。 當場強度達到800-1000V/mm時，開始產生自發射電流。如果自發射電流增大，通過一個在其上固定所述陽極板的真空功率計記錄陽極/陰極吸引力的出現。以某個自發射電流值開始，一部分多層碳納米顆粒從陰極遷移到陽極，同時，在電極間隙中作用的力停止增加。隨後，移除施加在陰極和陽極上的電壓，用惰性氣體填充所述真空體，收集積聚在陽極板上的多層碳納米顆粒。
用這種方式分離的多層碳納米顆粒具有環形形狀，所述環狀多層體的外徑與厚度的比等於(10-3) 1，正如在透射電子顯微鏡，例如JEM-100C的幫助下的研究所示。


所得納米顆粒的微觀照片如圖1-2所示。
圖1顯示了聚集成一束的圓環形狀的富勒烯型多層碳納米顆粒的照片。
圖2顯示了富勒烯型環狀多層碳納米顆粒在可確定環狀外徑與其主體厚度的比的高放大倍率下的照片。
具體實施方式
本發明通過實施例進一步說明但不限於這些實施例。
實施例1
在80-200A/cm2的電流密度和20-28V的電弧壓降下在40_100Torr壓力的氦氣氣氛中通過截面積為30-160mm2的陽極石墨棒的電弧侵蝕來獲得陰極沉積。從鬆散的中部分離陰極沉積物的緻密外殼，將其研磨並將其放置在置於頻率為2. 5GHz且功率為 500-1500fft的超高頻場中的轉動的石英管中。在這些條件下經過100-150min的氣相氧化， 冷卻所得到的粉末並將其置於真空體中的陰極上，處於陰極和陽極之間的極間空間中。隨後增大陰極和陽極間的電位差直到出現自發射電流。隨著自發射電流的增大，一部分多層碳納米顆粒遷移到陽極。在該過程的最後，從陽極表面被收集多層碳納米顆粒並在有機溶劑例如二甲基甲醯胺中轉化為分散體。
實施例2
如實施例1所述得到產品，但氣相氧化在包含過量氧氣，例如，20% -60%氧氣的氣氛下進行。
實施例3
如實施例1所述得到產品，但在氣相氧化後，多層碳納米顆粒另外在包含氯化合物的含水電解液中電化學氧化。
實施例4
如實施例1所述得到產品，但環狀多層碳納米顆粒的分離在具有高的介電滲透性值的介電介質(例如石油溶劑油)中在電場下實施。
實施例5
如實施例1所述得到產品，但在氣相氧化後，通過將多層碳納米顆粒放置在液化氣體介質(氮，氦)中進行附加冷卻，鼓泡並從液相中分離沉積物，隨後蒸發液化氣體獲得兩種類型的碳粉末，並如實施例1所述進一步處理，。
為了確定電物理學特性，將產物從溶劑中分離並測定以下參數
一放射學地測定多層碳納米顆粒的層間距，測得層間距等於0. 34-0. 36nm,該值是富勒烯型碳化合物的特徵；
一使用透射電子顯微鏡，例如JEM-100C，和乳膠珠標準樣，測定了多層碳納米顆粒的尺寸、形狀以及環狀納米顆粒的外徑和多層體厚度之間的比。
通過將所得到的環狀納米顆粒塗覆在電傳導基體上製造自發射陰極。根據 RU2196731，具有多層納米管和多面體多層碳納米顆粒的自發射陰極已用相似的方式製造。
測定了所述自發射陰極的電極間隙中的相互作用力。參數列於表中。
下表顯示了當負極由富勒烯型環狀多層碳納米顆粒製造時電極間隙中的作用力， 與根據RU2196731得到的多層納米管和富勒烯型多面體多層碳納米顆粒的電極的這些力的值不同。
表根據本發明的技術方案的由富勒烯型多層碳納米顆粒
製備的電極的相互作用力
權利要求
1.富勒烯型多層碳納米顆粒，其具有0. 34-0. 36nm的層間距，所述富勒烯型多層碳納米顆粒的特徵在於具有環形形狀，所述環狀多層體的外徑和厚度的比等於(10- 1，且平均尺寸為15-100nm。
全文摘要
本發明涉及一種具有0.34-0.36nm層間距的環狀的多層碳納米顆粒，所述多層碳納米顆粒的環狀多層體的外徑和厚度的比為(10-3)∶1，且平均尺寸為15-100nm。
文檔編號B82B1/00GK102482096SQ200980160650
公開日2012年5月30日 申請日期2009年7月21日 優先權日2009年7月21日
發明者A·波諾馬廖夫, M·尤多維奇 申請人:A·波諾馬廖夫