快速檢測(cè)單壁碳納米管長(zhǎng)度分布的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，尤其是涉及一種快速檢測(cè)單壁碳納米管長(zhǎng)度分布的方法。
【背景技術(shù)】
[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(zhǎng)度可以影響其電 學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，也影響其分離效率和得到的樣本純度。所以，長(zhǎng)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(jié)構(gòu)與性質(zhì)的單一性。近年來(lái)，人們采用很多 分離技術(shù)來(lái)獲得不同長(zhǎng)度的單壁碳納米管，包括尺寸排除色譜法，凝膠電泳法，毛細(xì)管電泳 法，場(chǎng)流分級(jí)法和密度梯度離心法（DGU)。DGU方法的優(yōu)勢(shì)來(lái)源于其操作參數(shù)的可控性和可 量產(chǎn)，這是因?yàn)槲覀兛梢暂p易調(diào)節(jié)單壁碳納米管和密度梯度介質(zhì)的密度使其產(chǎn)生不同的分 離選擇性。目前為止，沒(méi)有一種分離方法可以得到單一長(zhǎng)度的樣本，所以我們需要精確地確 定分離樣本的長(zhǎng)度分布。人們常用透射電子顯微鏡（TEM)和原子力顯微鏡（AFM)來(lái)量化單 壁碳納米管的長(zhǎng)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(cè) 量數(shù)百根的碳管以獲得具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的數(shù)據(jù)。TEM和AFM的樣本準(zhǔn)備過(guò)程需要投入大量 的時(shí)間和人力，特別是，只有一小部分的樣本可以被檢測(cè)，這也加大了產(chǎn)生誤差的概率。人 們也采用動(dòng)態(tài)光散射OLS)來(lái)量化單壁碳納米管的長(zhǎng)度，在DLS的計(jì)算過(guò)程中，人們假設(shè)單 壁碳納米管是薄且剛性的長(zhǎng)棒。但由于單壁碳納米管具有大長(zhǎng)徑比（100-10000)和良好的 機(jī)械柔韌性，在溶液中單壁碳納米管會(huì)卷曲，從而導(dǎo)致長(zhǎng)度預(yù)測(cè)的不準(zhǔn)確性。在2008年， 美國(guó)的一個(gè)研宄組發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管的吸收強(qiáng)度是與長(zhǎng)度有關(guān)的，并且根據(jù)他們的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果，提出了相關(guān)的公式，通過(guò)這個(gè)公式我們可以計(jì)算單壁碳納米管的長(zhǎng)度，但是它只能預(yù)測(cè) 樣本的平均長(zhǎng)度，并且只對(duì)特定批次的樣本有效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種快速檢測(cè)單壁碳納米管長(zhǎng)度分布的方 法，本發(fā)明將吸收光譜與多變量的化學(xué)計(jì)量學(xué)校正方法結(jié)合起來(lái)，對(duì)單壁碳納米管的長(zhǎng)度 分布有著優(yōu)異的預(yù)測(cè)結(jié)果，并且這種方法適用于所有長(zhǎng)度和類(lèi)型的碳納米管，使人們能直 接通過(guò)吸收光譜，快速得到所測(cè)樣本的長(zhǎng)度分布曲線，采用的技術(shù)方案如下：
[0004] 快速檢測(cè)單壁碳納米管長(zhǎng)度分布的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行：
[0005] a、準(zhǔn)備不同長(zhǎng)度的樣本；
[0006] b、使用AFM去測(cè)量這些樣本的長(zhǎng)度，以做參考；
[0007] c、測(cè)量不同長(zhǎng)度樣本的吸收光譜；
[0008]d、利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法計(jì)算，建立數(shù)學(xué)模型；
[0009]e、重建長(zhǎng)度分布曲線。
[0010] 進(jìn)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(zhì)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(gòu) 成，將置有上述密度介質(zhì)溶液的離心管在24, 600g，5°C的條件下高速離心94小時(shí)，隨后，離 心管中的懸浮液被提取了 10層/mL。
[0011] 進(jìn)一步的，所述化學(xué)計(jì)量學(xué)方法包括偏最小二乘算法、擴(kuò)展反向信號(hào)校正算法和 高斯過(guò)程回歸算法。
[0012] 本本發(fā)明將吸收光譜與多變量的化學(xué)計(jì)量學(xué)校正方法結(jié)合起來(lái)，對(duì)單壁碳納米管 的長(zhǎng)度分布有著優(yōu)異的預(yù)測(cè)結(jié)果，并且這種方法適用于所有長(zhǎng)度和類(lèi)型的碳納米管，使人 們能直接通過(guò)吸收光譜，快速得到所測(cè)樣本的長(zhǎng)度分布曲線，對(duì)任意長(zhǎng)度與手性的單壁碳 納米管的長(zhǎng)度分布有著優(yōu)異的預(yù)測(cè)結(jié)果。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為快速檢測(cè)單壁碳納米管長(zhǎng)度分布的流程圖。
[0014] 圖2為L(zhǎng)OO-CV校正結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 結(jié)合圖1具體實(shí)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(shí)，在53, 000g下高速離心1小時(shí)。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(gòu)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(jī)中高速離心94小時(shí)。隨后，離心管中 的懸浮液被提取了 10層（lmLeach)。將得到的不同長(zhǎng)度的樣本用AFM和紫外-近紅外吸 收光譜檢測(cè)，得到的結(jié)果用于各種化學(xué)計(jì)量學(xué)的計(jì)算。采用留一交叉驗(yàn)證（Ieave-one-out cross-validation(L00-CV))方法來(lái)評(píng)價(jià)不同化學(xué)計(jì)量學(xué)的預(yù)測(cè)結(jié)果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：如圖2所 示，GPR和EISC這兩種化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)單壁碳納米管的長(zhǎng)度分布有著優(yōu)異的預(yù)測(cè)結(jié)果。 校正結(jié)果如下表：
[0017]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 快速檢測(cè)單壁碳納米管長(zhǎng)度分布的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行： a、 準(zhǔn)備不同長(zhǎng)度的樣本； b、 使用AFM去測(cè)量這些樣本的長(zhǎng)度，以做參考； c、 測(cè)量不同長(zhǎng)度樣本的吸收光譜； d、 利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法計(jì)算，建立數(shù)學(xué)模型； e、 重建長(zhǎng)度分布曲線。
2. 如權(quán)利要求1所述的快速檢測(cè)單壁碳納米管長(zhǎng)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(zhì)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(gòu)成，將置有上述密度介質(zhì)溶液的離 心管在24, 600g，5°C的條件下高速離心94小時(shí)，隨后，離心管中的懸浮液被提取了 10層/ mLo
3. 如權(quán)利要求1或2所述的快速檢測(cè)單壁碳納米管長(zhǎng)度分布的方法，其特征是所述化 學(xué)計(jì)量學(xué)方法包括偏最小二乘算法、擴(kuò)展反向信號(hào)校正算法和高斯過(guò)程回歸算法。
【專(zhuān)利摘要】快速檢測(cè)單壁碳納米管長(zhǎng)度分布的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行：a、準(zhǔn)備不同長(zhǎng)度的樣本；b、使用AFM去測(cè)量這些樣本的長(zhǎng)度，以做參考；c、測(cè)量不同長(zhǎng)度樣本的吸收光譜；d、利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法計(jì)算，建立數(shù)學(xué)模型；e、重建長(zhǎng)度分布曲線。
【IPC分類(lèi)】G01N21-31
【公開(kāi)號(hào)】CN104819943
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510210249
【發(fā)明人】司榮美, 劉彩風(fēng)
【申請(qǐng)人】天津?qū)毰d威科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月24日