專利名稱：懸浮納米碳管組合物,其制造方法,及其用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及懸浮，穩(wěn)定，非聚集納米碳管的新穎組合物，制造這種懸浮納米碳管組合物的方法，和該組合物的用途。
背景技術：
1990年對被稱為“富勒烯”這第三種碳存在形式的驗證，引起了又一波最大化該“新”材料可能性的深入研究和開發(fā)。術語“富勒烯”經(jīng)常被用來表示具有籠狀中空點陣結構的一類碳分子。這些“籠子”可以是不同形狀的，例如球形的(“巴基球”)，或管狀的(“納米管”)。參見Robert F.Curl和Richard E.Smalley的“富勒烯”，《美國科學》，1991年10月。
納米碳管納米碳管的存在形式可以是封閉的同心多層殼或多壁納米管(MWNT)或者單壁納米管(SWNT)。但是，用于工業(yè)用途的優(yōu)選納米碳管是單壁納米碳管。
納米碳管，特別是單壁納米碳管，由于其范圍寬廣的電性能而被用來制造集成電路等微型器件中的電連接器，或者因為其導電性和小尺寸，而被用于電腦的半導體芯片中。納米碳管還可以用作光學頻率的天線，和作為掃描探針顯微鏡用的探針，例如用于掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)中。
另外，由于其機械強度，納米碳管也被用作任何復合材料中的增強劑，與碳黑結合用于機動車輪胎中，或者與石墨纖維用于機翼和高爾夫球桿以及釣魚桿中。
納米碳管還可以與可模制聚合物共同使用，成形為三維形狀、片或膜，制成導電的形體、片或膜，又能用作氫化，重整和裂化等工業(yè)和化學過程催化劑的支撐體。因此，從其廣泛應用角度考慮，一種方便而容易操作的納米碳管是特別有用的。
已經(jīng)制造出MWNT和SWNT，并利用蒸汽-遷移反應對這些材料的特征性能進行了評價。參見Zhou等人的“納米碳管中的缺陷”，《科學》263，1744-47，1994。但是據(jù)信單壁納米碳管最有希望成為未來的納米管基的材料。
單壁納米碳管從單壁納米碳管在1991年被發(fā)現(xiàn)之后，已經(jīng)對其進行了深入的研究。參見Dresselhaus等人的《富勒烯和納米碳管科學》，Academic Press，(1996)。根據(jù)掃描隧道顯微(STM)圖像和電子衍射研究，單壁納米管(“SWNT”)被證明是由一層石墨片構成的無縫圓筒，其兩個末端被由五邊形和六邊形構成的半球形端所封閉。參見Ge等人，《應用物理通訊》65(18)，2284(1994)。并參見Sattler，《碳》33(7)，915(1995)。在SWNT的高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)圖象中觀察到的曲線表明，單壁管比相應的多壁管更容易彎曲。
以單壁納米碳管為基礎所形成的材料具有異常優(yōu)異的機械和電化學性質(zhì)，包括在聚合物增強和分子電子學方面。雖然它們具有固有的剛性和很高的各向異性，但是目前所獲得的宏觀SWNT形式卻是各向同性和相當脆弱的。參見Vigolo等人的“定向納米碳管宏觀的纖維和帶子”，《科學》，290，17，1331。
對納米碳管(單壁和多壁的)的先前研究，是在該材料的難加工形式上進行的。Yakobson等人的“富勒烯納米管C1000000及其他”，《美國科學家》，1997，85，324-337。這種形式的材料不適合于要使單壁納米碳管(SWNT)充分發(fā)揮其潛能所必須的許多加工步驟，特別不適合那些要求該材料是聚合物，共聚物，復合物，陶瓷和可模制形式的用途中。
目前，納米碳管材料是以蓬松固體形式大規(guī)模生產(chǎn)的。在其成為氣相時，納米碳管凝結成固體并自然地彼此聚集成納米管的繩子形式。這些繩子進一步聚結成更大的隨機纏結物。這種纏結形式的大塊材料無法用于許多目標用途中。另外，如此制得的納米管材料不具有納米碳管分子本身的那種導電性，強度，熱性質(zhì)，表面積或電子性能。
雖然SWNT的現(xiàn)有形式可以被異相地分散在各種介質(zhì)中，但是在大多數(shù)情況下，SWNT和該介質(zhì)之間以及SWNT之間的相互作用僅僅是物理性的，不會形成化學鍵合。因此，如果不進一步進行操作(化學或物理的)，就無法在宏觀水平上體現(xiàn)SWNT的優(yōu)異性質(zhì)。
納米碳管，更具體地說，單壁納米碳管是完全難以處理的固體，因為它們不溶于任何液體，所以很難對其進行操作。為了從溶解或懸浮于液體中的固體制造纖維，膜或涂層，由于粘度和質(zhì)量傳遞的限制，所需的材料濃度至少是1重量％(“成纖作用基礎”，A.Ziabicki，John Wiley and Sons(1976))。最好納米碳管以這種或類似濃度分散地懸浮于一種液體中，才能形成纖維，膜或涂層。
通過不同技術已經(jīng)能使單壁納米碳管增溶，包括加入表面活性劑或使納米管的端蓋和側壁官能化。但是，這些方法都存在固有缺陷，例如納米管濃度低或改變了納米碳管的固有性質(zhì)。已經(jīng)能獲得小于1重量％的納米碳管濃度，例如，用有機大分子對單壁納米管進行官能化，使其能以0.5重量％的濃度溶于高極性溶劑(三氯甲烷)中(Hirsch等人，《美國化學會雜志》124，760(2002))。雖然可以使用更低的濃度將其摻入某些復合體系中，但是大多數(shù)用途和體系優(yōu)選要求更高的懸浮材料濃度。在許多預計用途中理想的是，納米碳管應是單分散(即高度分散)在懸浮液中的。
在一篇關于納米管懸浮于表面活性劑混合物中的報告中，所用的表面活性劑是十二烷基磺酸鈉(SDS)(參見B.Vigolo等人，《科學》290，1331(2000))。SDS的CMC大約是8毫摩爾/升，即是鯨蠟基三甲基溴化銨CTAB的十倍。據(jù)報道，SDS/水體系中，納米管的最大溶解度大約是3克/升。
另外，在許多用途中，毒性溶劑不適合于工業(yè)處理，會增加制造成本。雖然與納米管化學鍵合的分子會增加其溶解度，但是也會改變其電子和機械性質(zhì)，當納米管被復合進入一種基質(zhì)體系(例如一種漆或塑料或甚至是大型納米管)中時，無法容易地除去該鍵合上去的組分。
納米碳管的均勻分散，非聚集，高濃度的懸浮液及其制造方法對改進各種技術是必要的。雖然長期以來被認為是不可能的，但是本發(fā)明提出了一種分散并懸浮納米碳管特別是單壁納米管的方法。本發(fā)明涉及使用表面活性劑制造高濃度的懸浮納米碳管組合物(濃度大于1重量％)。
發(fā)明概述本發(fā)明部分地涉及懸浮納米碳管的穩(wěn)定組合物，其制造方法，及其應用。本發(fā)明提供了制造在一種液體中的高濃度和低濃度納米碳管懸浮液的方法。
本發(fā)明提供的懸浮納米碳管組合物中包含一種能懸浮納米碳管的表面活性劑，液體以及納米碳管，其中，所述液體，表面活性劑和納米碳管的比例適合于該納米碳管的懸浮。
本發(fā)明還提供了一種懸浮該納米碳管的方法，包括將一種能懸浮納米碳管的表面活性劑，液體和一定量的納米碳管混合，其中，所述液體，表面活性劑和納米碳管的比例適合于懸浮該納米碳管。
本發(fā)明還提供了懸浮納米碳管組合物，它包含一種能懸浮納米碳管的表面活性劑，一種液體和納米碳管，其中液體和表面活性劑和納米碳管的比例適合于使納米碳管以3.0克/升或更高納米碳管濃度懸浮。
本發(fā)明提供了懸浮納米碳管在制造具有提高的強度，重量，強度重量比，電和熱多功能性，輻射屏蔽，電容，介電性質(zhì)，選擇性離子流，催化活性和生物產(chǎn)品中的用途。本發(fā)明還提供了含有納米碳管材料的工業(yè)處理方法，包括但并不限于纖維，膜，合成薄膜，涂層，藥物傳送系統(tǒng)以及分子電路組件。
發(fā)明詳述定義除了另有說明之外，這里所用術語“液體”是指一種物質(zhì)狀態(tài)，處于固體或晶體物質(zhì)和氣體之間，這種狀態(tài)的物質(zhì)能在極小的剪切應力下流動，而且能適應限制容器的形狀，但是較難壓縮，不能無限制地膨脹，可以具有一個自由表面。這里所用的術語“液體”不應被限制為室溫液體，還包括被凝結成液體的氣體(例如，液體H2，CO2，等)或者被升溫至其液體狀態(tài)的固體(例如，苯酚)。
除了另有說明之外，這里所用術語“表面活性劑”是指一種可溶性化合物，能降低液體的表面張力，或者降低兩種液體或一種液體和一種固體之間的界面張力。表面活性劑的例子包括但是并不限于，兩性表面活性劑，陰離子表面活性劑，陽離子表面活性劑或非離子性表面活性劑。
除了另有說明之外，這里所用術語“抗衡離子”是指一種離子，其電荷相反于溶液離子組成中的另一離子。負性抗衡離子例子包括但是并不限于，氟化物，溴化物，氯化物，碘化物，硫酸根，亞硫酸根，硝酸根和亞硝酸根。正性抗衡離子例子包括但并不限于，鈉，鈣，鉀，鎂，或鋰，還包括第3-13族的過渡金屬。
除了另有說明之外，這里所用術語“兩性表面活性劑”是指同時具有正電荷和負電荷或者同時具有堿性或酸性特征的表面活性劑。兩性表面活性劑的例子包括但并不限于，月桂酰氨基丙基二甲基甜菜堿，椰子酰氨基丙基二甲基甜菜堿，月桂基二甲基甜菜堿，牛脂二羥基乙基甜菜堿，椰子咪唑啉二羧酸酯，和椰子酰胺丙基羥基甜菜堿(cocoamidopropyl hydroxysultaine)。
除了另有說明之外，這里所用術語“陰離子表面活性劑”是指具有凈負電荷的表面活性劑。這里所用的陰離子表面活性劑包括但并不限于，具有以下結構式的二酯磺基琥珀酸鹽(sulfosuccinate diester) 其中，R和R′各自分別是烷基，M+是第一族金屬，n和m分別是0到20的整數(shù)；具有以下結構式的單酯磺基琥珀酸(sulfosuccinate monoester) 其中R是一個烷基，M+是一個第一族金屬，n和m分別是0到20的整數(shù)；具有以下結構式的萘磺酸鹽甲醛(naphthalene sulfonate formaldehyde)縮合物 其中M+是第一族金屬，n是1到大約5000的整數(shù)；具有以下結構式的苯磺酸鹽
其中R是一個烷基，M+是一個第一族金屬。
除了另有說明之外，這里所用術語“陽離子表面活性劑”是指具有凈正電荷的表面活性劑。這里所用的陽離子表面活性劑包括但并不限于具有以下結構式的烷基二甲基芐基銨化合物 其中，R是烷基，Z-是抗衡離子；具有以下結構式的烷基三甲基銨化合物 其中，R是烷基，Z-是抗衡離子；具有以下結構式的二烷基二甲基銨化合物 其中，R是烷基，Z-是抗衡離子；具有以下結構式的三烷基甲基銨化合物 其中，R是烷基，Z-是抗衡離子。
除了另有說明之外，這里所用術語“非離子性表面活性劑”是指不帶凈電荷的表面活性劑。這里所用的非離子性表面活性劑包括但并不限于具有以下結構式的脫水山梨糖醇脂肪酸酯
其中，R是烷基；聚氧化乙烯脫水山梨糖醇單月桂酸酯；聚氧化乙烯脫水山梨糖醇單硬脂酸酯；聚氧化乙烯脫水山梨糖醇單油酸酯；具有以下結構式的聚乙二醇脂肪酸酯 其中，R是烷基，n是0到20的整數(shù)；具有以下結構式的鏈烷醇酰胺 其中，R是烷基；具有以下結構式的二甲基氧化胺 其中，R是烷基，n是0到20的整數(shù)；具有以下結構式的乙氧化胺 其中，R是烷基，n和m分別是0到20的整數(shù)；具有以下結構式的磷酸二酯 其，R和R′分別是烷基；具有以下結構式的磷酸單酯 其中R是烷基。
除了另有說明之外，這里所用術語“烷基銨表面活性劑”是指具有以下結構式的化合物 其中，R1，R2，R3，和R4分別是烷基，Z-是抗衡離子。優(yōu)選的烷基銨表面活性劑例子包括但并不限于，三甲基銨表面活性劑，例如氟化鯨蠟基三甲基銨，氯化鯨蠟基三甲基銨，溴化鯨蠟基三甲基銨以及碘化鯨蠟基三甲基銨。
除了另有說明之外，這里所用術語“烷基”和“烷基基團”包括飽和的單價直鏈，支鏈和環(huán)的烴基。烷基基團中可以包括一個或多個雙鍵或三鍵。能夠理解環(huán)烷基包含至少三個碳原子。
除了另有說明之外，這里所用術語“低級烷基”是指具有1到6個，優(yōu)選1到4個碳原子的支鏈或線形烷基。其例子包括但并不限于，甲基，乙基，丙基，異丙基，異丁基和叔丁基。
除了另有說明之外，這里所用術語“芳基”包括從芳香烴除去一個氫而獲得的一個有機基團，例如苯基或萘基。
除了另有說明之外，這里所用術語“芳烷基”表示被一個直鏈，支鏈，或環(huán)的烷基取代的芳基。芳烷基組分可以通過其芳基或烷基組分與其他組分鍵合。
除了另有說明之外，這里所用術語“雜環(huán)基團”或“雜環(huán)”包括含有一個或多個選自O，S和N雜原子的芳香族和非芳香族雜環(huán)基團。非芳香族雜環(huán)基團包括環(huán)體系中僅具有3個原子的基團，但是芳香族雜環(huán)基團(即，雜芳基)的環(huán)體系中必須具有至少5個原子。雜環(huán)基團包括苯并稠合的環(huán)體系和被一個或多個氧代組分取代的環(huán)體系。4元雜環(huán)基團的例子是氮雜環(huán)丁基(從氮雜環(huán)丁烷衍生而得)。5元雜環(huán)基團的例子是噻唑基，10元雜環(huán)基團的例子是喹啉基。非芳香族雜環(huán)基團的例子包括但并不限于，吡咯烷基，四氫呋喃基，四氫噻吩基，四氫吡喃基，四氫噻喃基，哌啶基，嗎啉代，硫代嗎啉代，噻噁烷基，哌嗪基，氮雜環(huán)丁基，氧雜環(huán)丁基，硫雜環(huán)丁基，高哌啶基，氧雜環(huán)庚基，硫雜環(huán)庚基，oxazepinyl，二氮雜卓基，硫代氮雜卓基，1，2，3，6-四氫吡啶基，2-吡咯啉基，3-吡咯啉基，二氫吲哚基，2H-吡喃基，4H-吡喃基，二噁烷基，1，3-氧戊環(huán)基，吡唑啉基，二噻烷基，二硫戊環(huán)基，二氫吡喃基，二氫噻吩基，二氫呋喃基，吡唑烷基，咪唑啉基，咪唑烷基，3-氮雜二環(huán)[3.1.0]己烷基，3-氮雜二環(huán)[4.1.0]庚烷基，3H-吲哚基，喹嗪基，及其取代衍生物。芳香族雜環(huán)基團的例子包括但并不限于，吡啶基，甲基吡啶基類似物，咪唑基，嘧啶基吡唑基，三唑基，吡嗪基，四唑基，呋喃基，噻嗯基，異噁唑基，噻唑基，噁唑基，異噻唑基，吡咯基，喹啉基，異喹啉基，吲哚基，苯并咪唑基，苯并咪唑，苯并呋喃基，曾啉基，吲唑基，二氫吲哚基，中氮茚基，二氮雜萘基，噠嗪基，三嗪基，異吲哚基，蝶啶基，嘌啉基，氧雜二吡咯基，硫代二吡咯基，呋咱基，苯并呋咱基，苯并苯硫基，苯并噻唑基，苯并噁唑基，喹唑啉基，喹喔啉基，二氮雜萘基，糠吡啶基，以及它們的取代衍生物。從上述化合物衍生的基團，在可能形成鍵合時，可以是C鍵合或N鍵合的。例如，從吡咯衍生的基團可以是1-吡咯基(N鍵合)或3-吡咯基(C鍵合)。
除了另有說明之外，這里所用術語“雜芳基”是指一種芳香族雜環(huán)。
除了另有說明之外，這里所用術語“取代”是說明一種化合物或化學組分的至少一個氫原子被另一種化學組分所代替。這另一種化學組分的例子包括但并不限于鹵素原子(例如，氯，溴，和碘)；C1-C6線形，支鏈，或環(huán)形的烷基(例如，甲基，乙基，丁基，叔丁基，和環(huán)丁基)；羥基；硫醇；羧酸；酯，酰胺，硅烷，腈，硫醚，錫烷，以及伯，仲，及叔胺(例如，-NH2，-NH(CH3)，-N(CH3)2，和環(huán)胺)。優(yōu)選的這另一種化學組分是氯，羥基，甲氧基，胺，硫醇，和羧酸。
除了另有說明之外，這里所用術語“水性液體”是指水和另一種物質(zhì)的一種混合物，其中該另一種物質(zhì)是完全電離的。水性液體的例子包括但并不限于，氟化鈉，氯化鈉，溴化鈉，碘化鈉，氟化鈣，氯化鈣，碘化鈣，溴化鈣，硫酸鈉，亞硫酸鈉，氟化鎂，氯化鎂，溴化鎂，碘化鎂，氟化銨，溴化銨，氯化銨和碘化銨的水溶液。
除了另有說明之外，這里所用術語“有機液體”是指含有一個芳基或烷基的化合物，在室溫下是液體或者通過加熱或冷卻能轉變成液體。有機液體還包括能溶解固體，液體或氣體的有機化合物液體。有機液體的例子包括但并不限于，醚(例如，二乙基醚或四氫呋喃)，烴(例如，己烷或戊烷)，環(huán)烴，環(huán)芳香烴(例如，甲苯，苯，二甲苯)或醇。
除了另有說明之外，這里所用術語“醇”是指任何飽和的單價直鏈，支鏈，和結構式為R-OH的環(huán)羥基化烴，其中R是烷基。醇中可以包括一個或多個雙鍵或三鍵。能夠理解該環(huán)醇包括含至少三個碳原子。醇的例子包括但并不限于，甲醇，乙醇，丙醇，異丙醇，丁醇，仲丁醇，叔丁醇，戊醇和己醇。
除了另有說明之外，這里所用術語“無機液體”包括水性液體，還包括濃縮的酸和堿。
這里所用術語“束”是指沿著一共同縱軸(即沿著其長度)基本排列的兩根或多根獨立納米管。納米管束可以作為獨立的溶質(zhì)。包括三根納米管的代表性束截面圖如下圖所示，其中每個圓形表示一根獨立納米管的截面 除了另有說明之外，這里所用術語“繩”是指包括至少兩個納米管束的排列形式，其中的納米管束基本上彼此平行，或者以頭尾相連形式排列，或以混合形式排列。一個繩中可以進一步包括一個或多個獨立的納米管。一個代表性納米管繩如下圖所示，其中的直線表示納米管束或獨立納米管 除了另有說明之外，這里所用術語“絮凝物”是指兩根或多根獨立納米管，納米管束，納米管繩或它們組合的隨機排列形式。絮凝物是通過納米管束之間靜電或熱力學引發(fā)的相互作用而形成的。一種絮凝物的代表性例子如下圖所示，其中每根波形線都是一個獨立的納米管，納米管束或納米管繩 除了另有說明之外，這里所用術語“懸浮納米碳管”是指包含單壁或多壁納米碳管和在液體中存在的表面活性劑的組合物。在具體實施方式
中，懸浮納米碳管是高度分散的。
要注意的是，如果所述結構和對該結構的命名之間有差異時，應以所述結構為準。另外，如果沒有說明結構或結構一部分的立體化學，例如，黑線或虛線，則所述結構或結構一部分應該包括其全部立體異構體。
說明書中引用的全部專利都以其整體參考結合于此。在出現(xiàn)矛盾時，應以本說明書所公開內(nèi)容為準，包括定義和術語。
本發(fā)明提供了懸浮，穩(wěn)定，高度分散，非聚集納米碳管的新穎組合物，在這里也被稱為高濃度懸浮納米碳管。在具體實施方式
中，該懸浮納米碳管是懸浮在液體中的單壁納米碳管，含有表面活性劑的比例適合于該單壁納米碳管的懸浮。本發(fā)明還提供了制造該穩(wěn)定，非聚集納米碳管組合物的方法，以及這種組合物在各種用途，例如工業(yè)用途中的使用。
在一個具體特定實施方式中，本發(fā)明涉及單壁納米碳管組合物，其中該納米管懸浮于一種液體中，該液體可以是水性液體，有機液體或無機液體，含有的表面活性劑優(yōu)選是陽離子表面活性劑或陰離子表面活性劑，其比例適合于該單壁納米碳管的懸浮。
本發(fā)明還包括在各種溫度下制備懸浮納米碳管的方法，包括將能使納米碳管懸浮于適當液體的表面活性劑和該納米碳管在一定條件和以適當比例混合，形成非聚集，穩(wěn)定的納米碳管懸浮液。
在一個
具體實施例方式
中，本發(fā)明還涉及在不同溫度下制造懸浮單壁納米碳管的方法，包括將能使單壁納米碳管懸浮于一種適當液體的表面活性劑和該納米碳管在適當條件下和以適當比例混合，形成非聚集，穩(wěn)定的納米碳管懸浮液，該單壁納米碳管懸浮在一種液體，例如是水性液體，有機液體，或無機液體中，該表面活性劑優(yōu)選是陽離子表面活性劑或陰離子表面活性劑。
在另一個實施方式中，本發(fā)明包括使用該懸浮，穩(wěn)定，非聚集納米碳管的方法。這些應用例子包括但并不限于，分散在塑料和聚合物中；形成纖維，膜和涂層；油墨；分子電路加工；亞細胞操作用途和藥物傳送系統(tǒng)；和紡織品用途。
含納米碳管的組合物本發(fā)明提供了懸浮納米碳管的組合物，該納米碳管是穩(wěn)定，非聚集的。在形成懸浮納米碳管時，納米管的束，繩或絮凝物被分散成獨立的納米管或小的納米管束(即，包含大約5根納米管或更少納米管的束)。在一具體實施方式
中，該懸浮納米碳管是高度分散的，僅包含最少量的小型納米管束。該組合物是穩(wěn)定的，不會重新結合成納米管繩，更大的納米管束或納米管絮凝物。該懸浮納米碳管組合物包含一種液體，表面活性劑和優(yōu)選是單分散的納米碳管。該組合物還包含一定量分散的小納米管束(即，包含兩至四根納米管的束)。不受理論解釋的限制，可以認為存在液體和表面活性劑時，構成納米管束，繩或絮凝物的納米碳管之間的相互作用顯著降低，導致形成本發(fā)明穩(wěn)定，非聚集的懸浮納米碳管。該組合物含有一種能懸浮納米碳管的表面活性劑和一種液體，其比例適合于制造懸浮納米碳管。
在另一些實施方式中，液體是水性液體，醇，有機液體，無機液體或它們的混合物。根據(jù)成本，環(huán)境因素，安全因素，和/或該懸浮納米管的預計用途等因素選擇液體。在有些用途中，理想液體是硫酸(例如，用于Kevlar的一種溶劑)，甲苯，n，n-二甲基甲酰胺，n-甲基吡咯烷酮和本領域技術人員已知的其他液體。但是它們也可能產(chǎn)生安全，儲存或處置方面的問題，因為它們可能是毒性和/或致癌的。如果優(yōu)選一種環(huán)境友好溶劑的話，則可以選擇一種水基的溶劑液體。如果預期用途是生物體系或一些化學體系的話，也是如此。為懸浮納米碳管而選擇的液體也會影響用于該組合物中表面活性劑的選擇。
在另一些實施方式中，表面活性劑是陽離子表面活性劑，陰離子表面活性劑，非離子性表面活性劑，兩性表面活性劑或其組合。在另一個實施方式中，表面活性劑是一種烷基銨表面活性劑。在又一個實施方式中，表面活性劑是一種市售的非離子性聚乙烯(PEO)表面活性劑。市售非離子性PEO表面活性劑的例子包括Triton-X系列(烷基芳基聚醚醇)例如TX-114或TX-100，Tergitol系列的烷基-PEO醇(都從Union Carbide，Danbury，Connecticut獲得)，Igepal系列(Rhoida，Cranbury，New Jersey)，和Pluronic系列(BASF，Wyandotte，Michigan)。從英特網(wǎng)上也能獲得一系列市售表面活性劑的清單(見http//www.hio-rad.com/AIGSoftware/pdfs/3235C1.pdf)。在其他實施方式中，表面活性劑是一種長鏈烷基胺，例如包含6-25個碳原子。
納米碳管是單壁納米管，多壁納米碳管或其混合物。在一些優(yōu)選實施方式中，納米碳管是單壁納米碳管。不存在液體和表面活性劑時，納米碳管可以是納米管束，絮凝物，或繩形式的。
構成納米管束，繩和/或絮凝物的一根根納米碳管可以是單壁納米碳管，多壁納米碳管或其混合物。該單根碳米碳管的直徑大約是0.7納米(nm)(例如，對于單壁(5，5)納米碳管)，大約1.4納米(例如，對于單壁(10，10)納米碳管)，大約3納米，大約5納米，大約10納米，大約30納米，大約60納米或大約100納米，或更大。納米碳管的長度在大約50納米到大約1微米(μm)，大約5微米，大約1毫米(mm)，大約1厘米(cm)，大約3厘米，或長達約5厘米，或更長范圍內(nèi)。要注意的是，雖然目前所報道的最小納米碳管是(5，5)單壁納米碳管(直徑大約0.7納米)，但是本發(fā)明提供的方法能利用各種截面直徑的納米管，來制造懸浮納米碳管組合物。
納米管束的截面直徑可以是大約1.4納米，約5納米，約10納米，約60納米，約100納米，約1微米或更大。納米管繩的截面直徑可以是約3納米，約10納米，約60納米，約100納米，約1微米，約10微米或更大。納米管束，繩和/或絮凝物可以是經(jīng)提純或未提純的。構成束，絮凝物，或繩的納米管直徑優(yōu)選在一個狹窄的直徑分布之內(nèi)，或者可以具有差別很大的直徑。
在一個特定實施方式中，構成納米管束，繩和/或絮凝物的一根或多根納米碳管進一步包含一種或多種納米級材料。在另一些實施方式中，該納米級材料位于納米碳管內(nèi)腔中或位于納米管束，繩和/或絮凝物中納米碳管之間的縫隙中。納米級材料的例子包括但并不限于，納米顆粒，例如金，銀和其他金屬納米顆?；蜻@些金屬的復合納米顆粒；量子點(QD)，包括CdSe-ZnS，CdS，ZnS，CdSe，InP，InGaAs，CuCl，和InAs量子點，硅納米晶粒和納米棱錐，銀納米顆粒；或磁性量子點，例如，納米磁體如CoCu，F(xiàn)eCu，NiFe/Ag和CoAg納米磁體。該納米級材料可以是一種或多種材料或材料組合，例如過渡金屬，包括鐵，金，銀，鋅，鎘，鉑，鈀，鈷，汞，鎳或釔；堿金屬或堿土金屬，包括鈉，鉀，鈣或鈰；第三族元素，包括鋁，鎵或銦；第四族元素，包括硅，鍺，錫或鉛；第五族元素，包括磷，砷，銻，或鉍；或第六族元素，包括硫，硒或碲。該納米級材料可以包括任意所列出的材料和任何給出的組合。第三-五族化合物例子包括GaAs或AlGaAs。該納米級材料也可以是一種富勒烯，或一種介電質(zhì)，聚合物或半導體納米顆粒。在一個相關實施方式中，該懸浮納米碳管進一步包含一種或多種納米級材料。
在不同實施方式的組合物中，液體含量是約70-99.99體積％，表面活性劑含量是約30-0.01體積％。不同實施方式中，組合物中納米管的量是約0.001-50克。對于選定的液體和表面活性劑，本領域技術人員無需過多試驗就能確定和/或優(yōu)化適合于懸浮一定量納米碳管的比例。可以根據(jù)成本，環(huán)境因素，安全因素，納米碳管束，繩或絮凝物的純度，懸浮納米管的預計用途，表面活性劑或液體的操作溫度(例如，如果該體系在非室溫溫度下是液體)，不同濃度，液體和表面活性劑之間的粘度差異，表面活性劑的臨界膠束濃度(CMC)，和/或液體晶相轉變范圍，對組合物中液體，表面活性劑和納米管的比例進行選擇。納米管的最大溶解度也取決于選定的液體以及表面活性劑種類與比例。本發(fā)明提供的懸浮納米碳管濃度是大約1重量％或更低，約1.1重量％，約2.0重量％，約3.0重量％或更高。本發(fā)明所提供的懸浮納米碳管組合物的濃度是大約3克/升，約3.5克/升，約5克/升，約7克/升，約12克/升或更高。
在一個特定實施方式中，液體含量占液體/表面活性劑混合物的大約80到96.8體積％，表面活性劑含量是約20-3.2體積％。該懸浮納米碳管組合物中除了液體和表面活性劑之外，還含有約0.01-50克的納米碳管。
在另一個實施方式中，液體含量是約99.99-90.00體積％；表面活性劑含量是約0.01-10.00體積％；納米碳管含量是約0.001-50.0克。
選定的液體或表面活性劑種類以及它們在組合物中的比例還會影響該懸浮納米碳管的穩(wěn)定性。可以對該組合物的化學穩(wěn)定性，溫度穩(wěn)定性，和/或時間穩(wěn)定性(即，懸浮納米碳管不會重新組合納米管繩，絮凝物或更大的納米管束)進行優(yōu)化。在一個優(yōu)選實施方式中，該組合物的時間穩(wěn)定性得到優(yōu)化，例如是1小時，2小時，2天，1周，2周，2個月，或甚至更長，而不會使懸浮納米管發(fā)生明顯的沉積。如果發(fā)生沉積，則可以攪動該組合物，從而回復成懸浮納米碳管的均勻分散液。
組合物中的變化對于制造懸浮納米碳管的組合物而言，液體和表面活性劑的組成可以有許多變化。在每個組合物中，液體和表面活性劑的比例適合于納米碳管的懸浮。
在組合物的不同實施方式中，液體包括水性液體，液體醇，有機液體，無機液體或其組合。在一些實施方式中，液體混合物是能混溶的(例如水和醇)。本發(fā)明的其他實施方式可能需要不混溶液體的混合。
在組合物的不同實施方式中，表面活性劑包括陰離子，陽離子，兩性，非離子性表面活性劑或其組合。在一個特定實施方式中，表面活性劑包括烷基銨表面活性劑，更具體地說，是鯨蠟基三甲基銨表面活性劑，例如氟化鯨蠟基三甲基銨，氯化鯨蠟基三甲基銨，溴化鯨蠟基三甲基銨或碘化鯨蠟基三甲基銨。在一個優(yōu)選實施方式中，組合物中包含鯨蠟基三甲基溴化銨(CTAB)。
制造懸浮納米碳管的方法本發(fā)明還提供了制備懸浮納米碳管的方法。該方法包括將能懸浮納米碳管的一種表面活性劑，液體和納米碳管束，繩或絮凝物在適當條件(例如在不同溫度下)以適當比例混合，形成非聚集，穩(wěn)定的納米碳管分散液。
在不同的實施方式中，納米碳管是單壁或多壁納米碳管。在一個特定實施方式中，納米碳管是單壁納米碳管。在其他實施方式中，該單壁納米碳管是束，絮凝物，或繩形式的。
在另一個實施方式中，本發(fā)明涉及在不同溫度下制備懸浮單壁納米碳管的方法，包括將一種液體和能懸浮單壁納米碳管的一種表面活性劑以及該納米碳管，在一定條件下以適當比例混合，形成非聚集，穩(wěn)定的納米碳管懸浮液。該單壁納米碳管所懸浮的液體優(yōu)選是水性液體，有機液體，或無機液體，該表面活性劑優(yōu)選是陽離子表面活性劑或陰離子表面活性劑。
制備懸浮納米碳管的條件部分地取決于液體和表面活性劑的選擇。不同的表面活性劑和聚合物表面活性劑可能需要不同的溫度和濃度，因為它們的粘度和CMC和/或液體晶相轉變范圍是不同的。在一些實施方式中，組合物可以在室溫下制備，或者可能需要加熱或冷卻該混合物。在有些實施方式中，組合物在約20℃-30℃的溫度之間制備，或者溫度更低，或者在約50℃，或者是約70℃或更高。在其他實施方式中，可能需要在制備懸浮納米碳管時，對混合物進行一定時間的攪拌或超聲處理，例如，大約30秒，約1分鐘，約2分鐘，或更長。例如，使用聚(4-苯乙烯磺酸鈉)時，可能需要在超聲處理時使用冰浴。在包含羧甲基纖維素的情況下，可能需要加熱分散液至大約70℃左右的升高溫度，同時攪拌之。
在有些實施方式中，組合物是通過同時混合液體，表面活性劑和納米管束，繩或絮凝物而一步制備的。在其他實施方式中，先混合表面活性劑和液體，然后再加入納米管束，繩或絮凝物。納米管可以干燥物料或在載液(例如，納米管合成或純化之后存在的去離子水)中的形式引入各種體系。在一個特定實施方式中，在以合適比例添加優(yōu)選表面活性劑時，該納米管載液還可以用作懸浮該納米管的液體。
對液體、表面活性劑和納米管混合的方法和制備條件的選擇，取決于液體，表面活性劑和納米管所要求的比例和種類，成本，環(huán)境因素，安全因素，納米碳管束，繩或絮凝物的純度，該懸浮納米管的預計用途，對表面活性劑或液體的要求溫度(例如，如果該體系在非室溫溫度下才是液體)，不同的濃度，液體和表面活性劑之間的粘度差異，表面活性劑的CMC，和/或液體晶相轉變范圍?？梢栽谥苽鋺腋〖{米管組合物時，在不同溫度下進行一次或多次升溫或降溫。也可以在制備組合物時，在不同長度的時間內(nèi)進行一次或多次攪拌或超聲處理。
懸浮納米碳管的用途本發(fā)明的高度分散，非聚集，高度濃縮，懸浮形式的納米碳管在現(xiàn)今技術中應用廣泛。在不同的基質(zhì)體系的形成，處理或應用過程中的任何階段，可以將懸浮納米碳管加入。懸浮納米碳管可以與初始物質(zhì)一起加入，或在應用的任何形成階段加入。懸浮納米碳管可以復合進入基質(zhì)材料中，或保留在該材料的表面。雖然組合物的納米碳管上覆有使其能分散在水等液體中的表面活性劑分子，可以按照需要在懸浮納米管被加工進入不同基質(zhì)體系之后除去表面活性劑分子。例如，納米碳管懸浮液需要在基片上自組裝用于分子電路時，有機組分的存在是很大的阻礙。因此，在將其置于基片上的流動過程中，或在納米管已經(jīng)在基片表面上以后，可以在利用懸浮納米碳管時采取進一步除去表面活性劑分子的步驟。在汽車工業(yè)的塑料應用中，納米管可以被分散在復合物中，使其具有靜電荷，保持油漆。因為分散良好的納米管/復合物意味著每單位面積所用材料更少，而電荷更多，有助于減少材料的高成本。另外，單壁納米碳管還能增強耐用涂層并對腐蝕進行防護。本發(fā)明懸浮納米碳管具有各種各樣不同的用途。
在第一實施方式中，懸浮納米碳管組合物被用作處理纖維，膜，涂層，油墨或紡織品的工業(yè)試劑。納米碳管具有非常小的尺寸，具有C60的結構，能以類似于碳纖維的方式使用。特別是，納米碳管的結構使其長寬比(長度/直徑，L/D)可與長纖維相比。在一個代表性實施方式中，納米碳管的長寬比小于10000。因此，納米碳管的長寬比通常比傳統(tǒng)短纖維例如短玻璃纖維和短碳纖維大很多。另外，納米管也比傳統(tǒng)碳纖維更輕，卻比最好的傳統(tǒng)碳纖維強度和剛性更大。這些材料的強度超過鋼100倍，重量大約是其1/6。懸浮納米碳管可以與初始材料復合在一起，或在形成纖維，膜，涂層，油墨或紡織品的任何階段加入。
在另一個實施方式中，使用懸浮納米碳管組合物中的納米碳管來加強強度重量比，電子性能和熱性能，包括但并不限于輻射防護，提高電容和介電特性。根據(jù)其直徑，螺旋性(即碳原子在納米管壁中的排列)，和層數(shù)(單壁或多壁)，納米碳管具有介于導體和半導體之間的電子特性。因此它們可以加入電絕緣材料中，提高其導電性。另外據(jù)報道，機械強度大的納米碳管具有大約1000到大約5000千兆帕的彎曲模量。另外，還可以將其作為高效，斷裂顯微結構，能防止在低應變情況下發(fā)生純脆性破壞。
纏結會進一步降低纖維混合物的均勻性，因為這種纖維很難被均勻地分布在周圍基質(zhì)中。這會降低該混合物的機械強度，因為缺少均勻性會在混合物中纖維濃度較低和聚合物濃度較高處產(chǎn)生薄弱點。而且，纖維取向的隨機性也會降低混合物的機械強度。這是因為(例如)當混合物中所有纖維都沿著其縱軸方向排列時，就能在指定方向上獲得最大應變抗力?；旌衔锲x這種理想方向的程度越大，則該取向上混合物的應變抗力越小。從這方面看，本發(fā)明還包括通過控制納米管的取向，提高機械性能。
在另一個實施方式中，懸浮納米碳管組合物被應用于燃料電池部件的制備的任意步驟中和/或燃料電池部件的設計中。燃料電池包括但并不限于固體氧化物燃料電池和聚合物電解質(zhì)膜(PEM)燃料電池(也被稱為質(zhì)子交換膜燃料電池)。該實施方式包括但并不限于在制造PEM型燃料時使用懸浮納米碳管，而不管最終產(chǎn)物是一種部件還是膜中的添加劑。其目的包括但并不限于防止膜的結垢和破裂。還包括但并不限于使用懸浮納米碳管作為燃料電池膜中的添加劑，用以提高燃料儲量和提高離子遷移率和離子選擇性。離子包括但不限于H+，OH-，和CH3+的氫。
在另一個實施方式中，懸浮納米碳管組合物被用于制造儲存器件的過程中，例如，電荷儲存器件(超級電容)或電化學和氣相儲氫器件。納米碳管具有1000數(shù)量級的長寬比，能很理想地被用于纖維形式的高強度材料，并為氣體儲存用途提供巨大的表面積。
在另一個實施方式中，懸浮納米碳管組合物被用于制造電池的過程中。電池包括但并不限于鋰離子電池和鋰電池。在該實施方式中，使用納米碳管的目的包括但并不限于提高儲能容量，提高再循環(huán)能力，電容，強度重量比。
在另一個實施方式中，懸浮納米碳管組合物用作分子電子學和復合物體系中的工業(yè)試劑。工業(yè)試劑的定義是，單獨使用或與其他試劑共同使用的一種物質(zhì)，能通過某種方法被用來制造一種材料，器件或系統(tǒng)。納米管組合材料和體系包括但并不限于油漆，涂層，塑料和生物化合物。納米管復合材料和體系在燃料部件，電池，增強劑，汽車面板，航天工業(yè)，運動器械和日用品工業(yè)中都有用途。
人們對納米電子學和分子電子學具有很大興趣。單壁納米管有兩種形式，金屬的或半導體的。這使該材料對各種電子用途都是理想的，例如構成分子電路，開關，和導電膜，絕緣膜與半導體膜中的增強劑。懸浮納米碳管可以通過自組裝和/或懸浮納米碳管在表面上的流動，形成晶體管。在一個特定實施方式中，對懸浮納米碳管和/或表面進行官能化，更好地控制自組裝。如果存在納米磁體或納米顆粒摻雜物(如上所述)時，懸浮納米碳管還可以用來制造記憶存儲器件。懸浮納米碳管的自組裝還能被用來制造場發(fā)射器件，例如用納米管作為場發(fā)射器。
在另一個實施方式中，懸浮納米碳管組合物被用來制造膜結構。膜結構的定義是，具有以幾何方式排列或隨機的結構的孔隙的結構。這種膜的目的包括但并不限于合成皮膚，搭橋，包衣和瓣膜的生物用途。
在另一個實施方式中，懸浮納米碳管組合物被用來制造傳感器和致動。傳感應器的例子包括但并不限于單分子傳感應器或傳感器件。
懸浮納米碳管的其他非限制性用途例子包括光電子和全光學開關，透鏡，探針，激光器，納米電磁系統(tǒng)(NEMS)，電路學和納米電子學，納米機械(例如，連接納米馬達)，神經(jīng)網(wǎng)絡(用于連接的納米電極)，納米計算機，量子計算機，高密度磁存儲器或存儲介質(zhì)，光子晶體，納米晶體天線，多重納米阱檢測盤，納米催化劑(例如鈀)，單分子DNA排序的納米孔隙(如果使用短納米管的話)，電信放大器(大約7納米PbSe和PbS量子點，可調(diào)縫隙接近1500納米)。其用途包括，記憶體或存儲器件(例如，硬盤驅(qū)動器讀寫頭，磁性RAM)，磁場傳感器，磁性邏輯器件，邏輯門以及開關。
實施例實施例5.1-納米碳管的懸浮蒸餾水中給定量提純的納米碳管看上去是未分散的黑色團塊，將其在真空烘箱中干燥。所用表面活性劑是鯨蠟基三甲基溴化銨(CTAB)。水相溶液中CTAB的臨界膠束濃度(CMC)是0.9毫摩爾/升。當溫度高于Krafft點而且濃度小于該CMC時，該表面活性劑以未締合分子形式存在于溶液中(J.L.Moilliet和B.Collie，表面活性(D.Van Nostrand Co.，NY 1951)，參見G.J.T.Tiddy，物理報告57，2(1980))。低于Krafft點時(對于CTAB大約是22℃)，大部分表面活性劑從懸浮液中結晶出來，并沉淀至容器底部。高于Krafft點和高于CMC時，CTAB先形成球形膠束，然后變成CTAB濃度較高的棒狀膠束。
將此干燥的納米管團塊加入具有不同選定重量％的CTAB/水的儲液中，并進行超聲處理。黑色納米管團塊立刻碎裂并形成不透明的溶液。以顯微鏡觀察其薄層時，該不透明溶液看上去象一個均勻的灰色背景，具有若干未溶解的各種尺寸(0.5-2微米)的納米管材料團塊。例如，在2重量％的CTAB溶液中獲得大約5-6克/升的納米管懸浮液，這是CTAB的CMC的三倍。該溶液的AFM表征說明該溶解的納米管/CTAB復合物在合理的尺寸限度內(nèi)。
實施例5.2-懸浮納米碳管的穩(wěn)定性將實施例5.1的懸浮納米碳管儲存若干星期的長時間，一些懸浮的納米管析出。這可能是因為樣品儲存溫度比CTAB的Krafft點略低所致。(實驗室平均溫度是19-22℃。)析出物質(zhì)的外觀是海綿狀黑色團塊。凝結的另一個可能機理是消耗絮凝(參見，A.G.Yodh等人，Phil.Trans.R.Soc.Lond.A 359，921-937(2001))。殘余溶液保持不透明。這些經(jīng)老化樣品保持實施方式5.1(5-6克/升)所引用的值。
吸附于納米管表面的透明殘余表面活性劑使剩余的懸浮液穩(wěn)定。對吸附于石墨表面的表面活性劑的研究表明，陽離子表面活性劑以半圓筒形膠束聚集物的平行，帶形狀被吸附(S.Manne等人，《科學》270，1480(1995)；關于吸附于石墨表面的鏈烷烴的詳細討論參見A.J.Groszek，Proc.Roy.Soc.LondonSer.，A314，473(1970))。納米管的曲率在一定程度修改了其結構圖象，因為CTAB長度略小于單壁納米管半徑的兩倍(14?；?.4納米)。所提出的一種結構是在納米管上增加了表面活性劑的一些半斑點，它起到緩沖作用，提高NT之間的平均距離，并將范德華吸引力降至低于熱能的水平。
實施例5.3-懸浮納米碳管的制備將用標準方法提純單壁納米碳管，稱取0.1453克。將10.005克煮沸去離子水(DI水)與此SWNT混合。向該混合物中加入0.1994克CTAB。在超聲浴中將該混合物超聲處理2分鐘，然后在25℃放置過夜。將混合物再超聲處理1小時。取出已知分量的一份懸浮液，將其置于預稱重的培養(yǎng)皿中在真空烘箱中干燥，從而測量濃度。完全干燥之后，測量培養(yǎng)皿加上該份懸浮液的質(zhì)量。因為CTAB的濃度和培養(yǎng)皿質(zhì)量都已知，所以能從中計算出干燥后剩余SWNT的質(zhì)量。在上述實驗中，測得水和表面活性劑中SWNT的濃度是12克/升。
表面活性劑濃度優(yōu)選至少比CTAB的CMC高10-100倍(CMC CATB＝0.9×10-3摩爾/升或0.328克/升)，以便能有效懸浮納米管。還優(yōu)選溫度保持高于22℃，這是CTAB的Kraft點，其定義是低于該溫度時，表面活性劑的膠束就不溶于該液體中。
用光學透明度和旋涂于云母上的樣品的AFM來表征樣品。將一個這種樣品與聚苯乙烯磺酸酯混合，該混合物薄膜的AFM表明納米管以單管和較小管束形式被嵌入在聚合物中。較小束的直徑不超過5納米。該過程對CTAB進行了優(yōu)化。其他表面活性劑和聚合表面活性劑可能因為它們與選定液體之間的粘度差異以及它們的CMC和/或液體晶相轉變范圍的差別，而需要不同的溫度和濃度。
實施例5.4-懸浮納米碳管的各種濃度在一個實施方式中，用0.1957克CTAB，10.086克煮沸的去離子水和0.0378克提純的SWNT(從HiPco法獲得一種大規(guī)模制造單壁納米碳管的氣相方法)形成3.8克/升濃度SWNT在水和CTAB中的懸浮液。
在另一個實施方式中，用0.1977克CTAB，10.0196克煮沸的DI水和0.0777克提純的SWNT(從HiPco法獲得)形成懸浮液，SWNT在水和CTAB中的最終濃度是7.8克/升。
在另一個實施方式中，用0.1994克CTAB，10.005克煮沸DI水和0.1453克純化SWNT(從HiPco法獲得)形成懸浮液。測得該懸浮液中分散納米管的濃度，在水和表面活性劑中是12克/升SWNT。
用于制造這些懸浮液的SWNT是通過HiPco法制備的，從CNI，Inc.(Houston，TX)購得。這些懸浮液都經(jīng)過大約1小時的超聲處理使其分散。這些懸浮液的AFM是在旋涂于云母基片的樣品上測得的，顯示了涂覆有表面活性劑的獨立納米管和較小管束(3-5根管)的存在。加入甲醇從懸浮液中除去表面活性劑，就使納米管發(fā)生絮凝。
這里引用的所有參考文獻都以其整體并在相同程度上參考結合于此，就如同各個獨立出版物，專利或?qū)＠暾埗紓€別地以其整體參考結合于此一樣。
可以在不超出其原理和范圍對本發(fā)明作出許多改進和變化，這對本領域技術人員是顯而易見的。這里所述的一些具體實施方式
僅供說明之用，本發(fā)明范圍僅由權利要求所限定。
權利要求
1.一種組合物，包含一種液體；一種能懸浮納米碳管的表面活性劑；納米碳管；其中，所述液體，表面活性劑和該納米碳管的比例適合于該納米碳管的懸浮。
2.如權利要求1所述組合物，其特征在于，所述納米碳管是單壁或多壁納米碳管。
3.如權利要求2所述組合物，其特征在于，所述納米碳管是單壁納米碳管。
4.如權利要求1所述組合物，其特征在于，所述液體是水性液體，醇，有機液體，無機液體或它們的一種混合物。
5.如權利要求4所述組合物，其特征在于，所述液體是一種凝結的氣體。
6.如權利要求4所述組合物，其特征在于，所述水性液體是氟化鈉，氯化鈉，溴化鈉，碘化鈉，氟化鈣，氯化鈣，碘化鈣，溴化鈣，硫酸鈉，亞硫酸鈉，氟化鎂，氯化鎂，溴化鎂，碘化鎂，氟化銨，溴化銨，氯化銨或碘化銨的水溶液。
7.如權利要求4所述組合物，其特征在于，所述有機液體是醇，醚，烴，環(huán)烴或芳香環(huán)。
8.如權利要求7所述組合物，其特征在于，所述醇是飽和的單價直鏈，支鏈，或環(huán)的羥基化烴。
9.如權利要求8所述組合物，其特征在于，所述醇是甲醇，乙醇，丙醇，異丙醇，丁醇，仲丁醇，叔丁醇，戊醇或己醇。
10.如權利要求4所述組合物，其特征在于，所述無機液體是一種酸或一種堿。
11.如權利要求1所述組合物，其特征在于，所述表面活性劑是一種烷基銨表面活性劑。
12.如權利要求11所述組合物，其特征在于，所述烷基銨表面活性劑具有以下結構式 其中，R1，R2，R3，和R4各自分別是烷基，Z-是抗衡離子。
13.如權利要求12所述組合物，其特征在于，所述銨表面活性劑是一種三甲基銨表面活性劑。
14.如權利要求13所述組合物，其特征在于，所述三甲基銨表面活性劑是氟化鯨蠟基三甲基銨，氯化鯨蠟基三甲基銨，溴化鯨蠟基三甲基銨或碘化鯨蠟基三甲基銨。
15.如權利要求1所述組合物，其特征在于，所述表面活性劑是一種陽離子表面活性劑或陰離子表面活性劑。
16.如權利要求15所述組合物，其特征在于，所述陽離子表面活性劑是具有以下結構式的烷基二甲基芐基銨化合物 其中，R是烷基，Z-是抗衡離子；具有以下結構式的烷基三甲基銨化合物 其中，R是烷基，Z-是抗衡離子；具有以下結構式的二烷基二甲基銨化合物 其中R是烷基，Z-是抗衡離子；或具有以下結構式的三烷基甲基銨化合物 其中R是烷基，Z-是抗衡離子。
17.如權利要求15所述組合物，其特征在于，所述陰離子表面活性劑是具有以下結構式的二酯磺基琥珀酸鹽 其中，R和R′各自分別是烷基，M+是第一族金屬，n和m各自分別是從0到20的整數(shù)；具有以下結構式的單酯磺基琥珀酸鹽 其中，R是烷基，M+是第一族金屬，n和m各自分別是從0到20的整數(shù)；具有以下結構式的萘磺酸鹽甲醛縮聚物 其中，M+是第一族金屬，n是從1到大約5000的整數(shù)；和具有以下結構式的苯磺酸鹽 其中，R是烷基，M+是第一族金屬。
18.一種懸浮納米碳管的方法，包括將一種能懸浮納米碳管的表面活性劑，一種液體和一定量的納米碳管混合，其中，所述液體，表面活性劑和納米碳管的比例適合于該納米碳管的懸浮。
19.如權利要求18所述方法，其特征在于，所述納米碳管是單壁或多壁納米碳管。
20.如權利要求19所述方法，其特征在于，所述納米碳管是單壁納米碳管。
21.如權利要求18所述方法，其特征在于，所述納米碳管在與該液體和該表面活性劑混合之前是束，絮凝物，或繩形式的。
22.如權利要求18所述方法，其特征在于，所述液體含量是約99.97-90.00％；所述表面活性劑含量是約0.01-10％；所述納米碳管含量是約0.01-50克。
23.如權利要求18所述方法，其特征在于，所述混合是在約0℃-175℃的溫度下進行的。
24.如權利要求23所述方法，其特征在于，所述溫度在0℃-20℃。
25.如權利要求18所述方法，其特征在于，所述懸浮納米碳管是在室溫下形成的。
26.如權利要求18所述方法，其特征在于，所述表面活性劑是溴化鯨蠟基三甲基銨。
27.如權利要求18所述方法，其特征在于，所述方法還包括將該懸浮納米碳管超聲處理。
28.如權利要求18所述方法，其特征在于，所述液體和表面活性劑是在接觸該納米碳管之前混合的。
29.一種組合物，包含一種液體；一種能懸浮納米碳管的表面活性劑；納米碳管；其中，所述液體，表面活性劑和納米碳管的比例適合于該納米碳管的懸浮，使納米碳管濃度為3.0克/升或更高。
全文摘要
本發(fā)明部分涉及懸浮納米碳管的穩(wěn)定組合物，其制造方法，及其用途。本發(fā)明提供了制造高濃度和低濃度的懸浮于一種液體中的高度分散的納米碳管的方法。可以用這種納米碳管懸浮液制造具有提高的強度，重量，強度重量比，電和熱多功能性，輻射屏蔽，電容，介電性質(zhì)，選擇性離子流，催化活性和生物應用的產(chǎn)品。本發(fā)明提供了含有納米碳管材料的工業(yè)處理方法，這些材料包括但并不限于纖維，膜，合成薄膜，涂層，藥物傳送系統(tǒng)以及分子電路組件。
文檔編號B01F17/12GK1643192SQ03805753
公開日2005年7月20日 申請日期2003年1月15日 優(yōu)先權日2002年1月15日
發(fā)明者C·庫普, M·庫斯馬 申請人:毫微動力學股份有限公司