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碳納米管(CNT)是一類具有廣泛應(yīng)用的一維納米結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)和導(dǎo)電性能。

分離碳納米管的方法多種多樣，但由于所用試劑的成本較高，難以擴(kuò)大規(guī)模。值得注意的是，這些方法大多最初是為蛋白質(zhì)分選而開發(fā)的，直到最近才被用于分離CNTs。

在本文中，作者提出了一種新的、經(jīng)濟(jì)有效的分離方法，適用于工業(yè)規(guī)模的碳納米管處理。分離的方法是將碳納米管表面活性劑溶液通過填充化學(xué)改性棉毛的柱。

該項(xiàng)目于2017年啟動，當(dāng)時(shí)YTC代表團(tuán)訪問了喀山聯(lián)邦大學(xué)。在會談中，YTC建議KFU參與開發(fā)將單壁碳納米管(SWCNTs)分離成金屬和半導(dǎo)體樣品的有效方法。這是在Tuball管上完成的，因?yàn)樗鼈兪悄壳肮I(yè)上唯一可用的管。

現(xiàn)有的分離方法之一，稱為選擇性凝膠滲透，其本質(zhì)是一種基本的柱層析。也就是說，CNTs表面活性劑溶液通過柱，柱中填充瓊脂糖和/或葡聚糖珠狀凝膠。瓊脂糖和葡聚糖都是由葡萄糖或類似葡萄糖的構(gòu)建單元制成的多糖。纖維素是由相同的結(jié)構(gòu)單元組成的天然多糖。

這就是為什么該團(tuán)隊(duì)決定嘗試將這種材料作為選擇性滲透的柱填料。棉花是天然纖維素，由于纖維結(jié)構(gòu)，具有很高的表面積。研究人員首次嘗試用在當(dāng)?shù)厮幏抠徺I的天然棉纖維。

盡管分選效率低，但仍有一些注冊的分選，即棉花作為柱填料。受到這個(gè)結(jié)果的啟發(fā)，研究人員決定對棉毛進(jìn)行化學(xué)修飾，以改變其表面的化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果甚至比預(yù)期的要高:這比第一次試驗(yàn)的分離效率高得多。他們又花了一年半的時(shí)間來微調(diào)棉花的化學(xué)改性，以及在分散和洗脫溶液中表面活性劑的比例。

使用改性棉纖維可以達(dá)到一定程度的分離，這是以前從未報(bào)道過的管狀碳納米管。此外，改性棉纖維比瓊脂糖和葡聚糖基水凝膠便宜200倍左右，目前用于選擇性凝膠滲透分離方法。該方法的可擴(kuò)展性僅受分離柱直徑的限制。

在原始生產(chǎn)混合物中，不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的碳納米管會使彼此的價(jià)值模糊。分離碳納米管的工業(yè)需求將在未來幾年出現(xiàn)并增長。具有金屬型導(dǎo)電性的碳納米管可用于柔性透明導(dǎo)電薄膜，甚至有可能取代布線中的金屬。由于半導(dǎo)體碳納米管在紅外區(qū)具有獨(dú)特的發(fā)射特性，因此可以用作晶體管和成像平臺和靶向藥物傳遞。因此，有效分離碳納米管生產(chǎn)混合物的方法將把碳納米管的應(yīng)用提高到一個(gè)新的科學(xué)技術(shù)水平。此外，現(xiàn)成的分離納米管的出現(xiàn)將促使人們尋找新的應(yīng)用方向。

未來工作的主要領(lǐng)域是通過微調(diào)分離工藝參數(shù)和改性棉毛的結(jié)構(gòu)來進(jìn)一步提高分離效率。改性棉毛的最佳結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)條件尚不完全清楚;這個(gè)問題需要徹底解決。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)后，該過程應(yīng)擴(kuò)大到工業(yè)數(shù)量，并應(yīng)測試不同類型電導(dǎo)率的分離納米管，以獲得實(shí)際的解決方案。