研究生考試試卷評分考試科目新材料制備技術課程編號：y09521O86專業：姓名：學號:納米碳管的制備及提純摘要：近年來碳納米管的發展取得了相當大的進步，隨著大量制備納米碳管特別是單層納米碳管的技術日趨成熟，進一步探索納米碳管的物理、化學性質、提純逐漸成為研究的重點。本文總結了納米碳管的制備工藝，并說明了制備納米碳管的方法主要有電弧放電法、化學氣相沉積法，熱解聚合物法、氣體燃燒法和激光蒸汽法等。為了更準確地測量納米碳管的各種性能及實現其最終的廣泛應用，在繼續研究制備高純度納米碳管技術的同時，對已有低純度的納米碳管原料進行分離、提純和富集日益擺在眾多研究人員的日程中來。目前已有多種提純納米碳管的方法被提出，本文根據分離提純的方式不同，歸納為化學提純方法和物理提純方法兩大類，并分別介紹了優缺點。關鍵詞：納米碳管，制備，提純，優缺點。1納米碳管簡介及制備方法碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結構（徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級、管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。它主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約為0.34nm，直徑一般為2?20nm。由于其獨特的結構，碳納米管的研究具有重大的理論意義和潛在的應用價。納米管具有奇異的物理化學性能，如獨特的金屬或半導體導電性、極高的機械強度、儲氫能力、吸附能力和較強的微波吸收能力等，90年代初一經發現即刻受到物理、化學和材料科學界以及高新技術產業部門的極大重視。應用研究表明，碳納米管可用于多種高科技領域。如用它作為增強劑和導電劑可制造性能優良的汽車防護件；用它作催化劑載體可顯著提高催化劑的活性和選擇性；碳納米管較強的微波吸收性能，使它可作為吸收劑制備隱形材料、電磁屏蔽材料或暗室吸波材料等。碳納米管被認為是一種性能優異的新型功能材料和結構材料，世界各國均在制備和應用方面投入大量的研究開發力量，期望能占領該技術領域的制咼點。目前常用的碳納米管制備方法主要有：電弧放電法、化學氣相沉積法（碳氫氣體熱解法），熱解聚合物法、氣體燃燒法和激光蒸汽法等以及聚合反應合成法。1?1電弧放電法電弧放電法是生產碳納米管的主要方法。1991年日本物理學家飯島澄男就是從電弧放電法生產的碳纖維中首次發現碳納米管的。電弧放電法的具體過程是：將石墨電極置于充滿氦氣或氬氣的反應容器中，在兩極之間激發出電弧，此時溫度可以達到4000度左右。在這種條件下，石墨會蒸發，生成的產物有富勒烯（C60）、無定型碳和單壁或多壁的碳納米管。通過控制催化劑和容器中的氫氣含量，可以調節幾種產物的相對產量。使用這一方法制備碳納米管技術上比較簡單，但是生成的碳納米管與c60等產物混雜在一起，很難得到純度較高的碳納米管，并且得到的往往都是多層碳納米管，而實際研究中人們往往需要的是單層的碳納米管。此外該方法反應消耗能量太大。傳統的電弧法以氦作為保護介質，中國科學院沈陽金屬研究所成會明研究小組開發了一種有效制備單壁碳納米管的半連續氫電弧法，他們通過此方法實現了高純度單壁碳納米管的大批量制備。同傳統石墨電弧法相比，氫電弧法的改進包括：用氫氣取代氦氣作為緩沖氣體，有效的提高了產品的純度；添加某種含硫生長促進劑，使產量大大提高。氫電弧方法具有以下特點：（1）在大直徑陽極圓盤中填充混合均勻的反應物，可有效克服傳統電弧法中反應數量有限且均勻性差的特點，利于單壁碳納米管的大批量制備。（2）陰極棒與陽極圓盤上表面成斜角，在電弧力的作用下可在反應室內形成一股等離子流，及時將單壁碳納米管產物攜帶出高溫反應區，避免了產物燒結。同時保持反應區內產物濃度較低，利于單壁碳納米管的連續生長。（3）陰極與陽極的位置均可調整，當部分原料反應完畢后可通過調整電極位置，利用其他區域的原料繼續單壁碳納米管的合成。1.2化學氣相法化學氣相法又稱碳氫氣體熱解法，他在一定程度上克服了電弧放電法的缺陷，這種方法是讓氣態烴通過附著有催化劑微粒的模板，在600-1200度和有保護氣體作用的條件下，使氣態烴分解并在一定載體上生成CNTS，同時溫度亦不需要很高，相對而言節省了能量，但是必須用到催化劑，目前此方法的主要研究方向是希望通過控制模板上催化劑的排列方式來控制生成的CNTS的結構，已經取得了一定進展。碳納米管的化學氣相沉積法制備采用了四種不同系列的催化劑制備碳納米管，并對不同催化劑及不同生長工藝條件制備的碳納米管進行表征。將納米鉆粉與石墨粉混合研磨制備出納米鉆/石墨混合粉體催化劑用來生長碳納米管。以離子注入方式在石英襯底上注入Fe離子制備出的負載型催化劑也可以生長碳納米管，制出的碳納米管純度較高。該工藝適用于工業大批量生產，但制備的碳納米管存在較多的結晶缺陷，常常發生彎曲和變形，石墨化程度較差，這些缺點對碳納米管的力學性能及物化性能會有不良的影響。因此對催化裂解法制備的碳納米管采取一定的后處理是必要的，比如高溫退火處理可消除部分缺陷，使管身變直，石墨化程度得到改善?；瘜W氣象沉積法在工藝中的方法大致有兩種：基種催化法和浮動催化法?；N催化法具有設備投資少，成本低，碳納米管產量高，含量高以及易于實現大批量制備等優點?；N催化法的基本原理是：用碳氫化合物(以丙烯為例)為碳源，氫氣為還原氣，在鐵，鉆和鎳基催化劑作用下，在管式電阻爐中裂解原料氣形成自由碳原子，并沉積在催化劑上，最終生長碳納米管。浮動法一般利用鐵的有機金屬化合物為催化劑原料，有機金屬化合物和碳氫化合物一同引入。在一定溫度下(1100-1200°C),有機金屬化合物分解出鐵原子并聚集成一定大小的催化劑顆粒。碳氫化合物在催化劑顆粒上吸附，分解，擴散并析出氣相生長碳纖維。在整個反應過程中，催化劑和氣相生長碳纖維是懸浮在反應室的氣氛中的，最后氣相生長碳纖維被載氣帶出反應室。因此浮動法一般采用立式反應室，以便原料器能夠連續的進入，氣相生長碳纖維產物能夠連續的引出，從而實現氣相生長碳纖維的連續制備。1.3熱解聚合物法熱解聚合物法是通過熱解某些聚合物或有機金屬化合物得到碳納米管°Cho等人將檸檬酸和甘醇聚脂化，并將得到的聚合物在400C空氣中加熱8h，然后冷卻至室溫，得到了碳納米管。熱處理溫度是關鍵因素，聚合物的分解可能產生碳懸鍵并導致碳的重組而形成碳納米管。在420-450C下用鎳作為催化劑，在氫氣中熱解粒狀的聚乙烯，也可合成碳納米管。1.4激光蒸汽法激光蒸汽法是在1200C的電阻爐中，由激光束蒸發石墨靶，流動的氬氣(6.67x104Pa)使產物沉積到水冷銅柱上。石墨棒中摻雜Ni/Co(1:1)金屬粉末(x(Ni/Co)=1.2%，顆粒直徑約1微米)。單壁碳納米產物在1000的真空環境中熱處理，使c60和其他富勒碳小分子升華掉。高純度的碳納米管產物由隨機排列的長數微米、直徑為10-20nm的細小纖維組成。1.5氣體燃燒法氣體燃燒法既是采用燃燒含碳有機物的過程最后中，利用各種催化劑進行制備，主要的概述如下：通過硝酸鐵檸檬酸凝膠直接自蔓延燃燒反應制備氧化鐵體粉末，使用熱重-差熱分析法(TG-DSC)分析凝膠的合成溫度，比較凝膠的先驅體溶液中檸檬酸和硝酸鐵的不同比例對氧化鐵體粉末結構和形貌的影響，并以此法制備的氧化鐵為催化劑制備碳納米管。使用SEM，TEM對所制備的碳納米管的結構和形貌進行表伍，XRD分析表明，使用稀鹽酸和濃硝酸能有效的除去產物中殘留的催化劑顆粒，進而生成碳納米管。2納米碳管的提純由于碳納米管的奇特性能和廣泛的應用前景，使得制備與純化顯得非常重要。尤其是碳納米管的純化，科學工作者一直在探索大批量、高純度、快速的分離提純工藝。近些年，在碳納米管純化的某些領域取得了可喜的成績，推動了對碳納米管的深入研究。納米碳管又稱為巴基管，屬富勒碳系是由單層或多層石墨片卷曲而成的無縫納米級的管狀結構材料，分別稱為單壁或多壁納米碳管由于單壁管是由單層碳原子繞合而成的，結構具有較好的對稱性和單一性。多壁管由若干個壁間距約為0.34nm的同軸圓柱面套構成。自日本NEC的LIJIMA生產出世界上第一支納米碳管以來，納米碳管就以其許多新穎的特性，如極高的拉抗強度，既可為導體、半導體，又可為絕緣體等機械；電導性能引起了材料、物理、化學等各學科的研究人員的極大關注。正是由于這種優異的性能，納米碳管在電子、復合材料和儲氫材料等領域有著極大的應用價值，許多國家在其制備和純化研究上都給予了很大的支持和投入。納米碳管的制備方法很多，目前最主要的是碳弧法和碳氫化合物裂解法。碳弧法是制備納米碳管的傳統工藝。它是在真空反應器中充一定壓力的惰性氣體或氫氣,采用較粗大的石墨棒為陰極，細石墨棒為陽極，在弧放電的過程中陽極石墨棒不斷被消耗，同時在石墨陽極上沉積出含有納米碳管的富勒烯、石墨等碳微粒；碳氫化合物熱解法是通過激光等把過渡金屬和碳氫化合物同時加熱到高溫而使碳氫化合物發生熱分解來制備納米碳管的方法。Yacaman首先用此法獲得了長達50微米直徑與Iijima所制尺寸相當地納米碳管。Ivanov等用催化法合成了長達50微米的納米碳管，并宣稱該法制備納米碳管比電弧法更簡單，產率高且可進行大規模生產。為了更準確地測量納米碳管的各種性能及實現其最終的廣泛應用，在繼續研究制備高純度納米碳管，技術的同時，對已有低純度的納米碳管原料進行分離、提純和富集日益擺在眾多研究人員的日程中來。經過近五年的研究，目前已有多種提純納米碳管的方法被提出，根據分離提純的方式不同，可以歸納為化學提純方法和物理提純方法兩大類。2.1化學純化法化學純化法的依據是：通過結合超聲波振蕩分離和其他不同的化學處理手段，能夠有效地將碳納米管從其他碳顆粒（無定形碳、石墨多面體、富勒烯等）和催化劑（催化劑載體和金屬微粒）分離出來。達到提純碳納米管和單層碳納米管的目的。雖然化學提純方法可將納米碳管從其它雜質中有效地分離出來，但是化學提純方法最大的特點是建立在碳管樣品中不同組份存在不同氧化溫度和條件這一特征基礎上被提出來的，而利用氧化方法提純納米碳管存在一個最大的缺點，就是在氧化掉其它碳雜質的同時，有相當一部分的納米碳管管壁或管端也相應被氧化掉，甚至有一些納米碳管被完全氧化掉。氧化后殘余的納米碳管無論是管徑還是長度都遠遠小于初始的狀態，結構也大大地受到破壞。因此，化學提純方法能夠有效地分離出高純度的納米碳管，但是同時使結構也大大受到破壞。氧化后殘余的納米碳管無論是管徑還是長度都遠遠小于初始的狀態，結構也大大地受到破壞。2?1?1酸氧化提純法1995年，H.Hiura和T.W.Ebbesen等人將納米碳管視為管狀的石墨微晶，首先把1g的納米碳管放入200mL濃度1mol/L的硫酸溶液中進行分散和沉淀。之后，分散液被裝入一具有回流冷凝裝置的雙頸瓶中，繼續在分散液中加入19.8g的高錳酸鉀粉末，并讓高錳酸鉀充分溶解于硫酸之中。接著，這種裝有混合液體和冷凝裝置的雙頸瓶在油浴鍋中進行5h的加熱處理后，通過過濾、清洗、離心、干燥等一系列的工作，分別除去高錳酸鉀、硫酸等反應剩余物，便可得到提純的納米碳管。這種利用高錳酸鉀和硫酸溶液對納米碳管原料進行提純的方法，不但可以有效地除去原料中大量的無定形碳、石墨多面體和金屬微粒等雜質，而且方法簡單、高效、成本較低，因而具有潛在的應用價值。此外，由于在提純納米碳管的同時可以將一部分納米碳管封閉的端口打開，這對于日后對納米碳管進行化學修飾或改性，以及填充其它有用物質到納米碳管中空部位都是十分有利的。2.1.2插層氧化法插層氧化法的原理是根據某些金屬能夠插入到石墨片層之間，形成石墨插層化合物，使原始石墨在空氣中氧化的溫度降低，另外金屬原子也易于在石墨邊緣及石墨缺陷處形成插層化合物，故易插入碳納米顆粒、碳納米球、無定形炭等雜質中，這樣通過使碳納米顆粒、碳納米球、無定形炭先與金屬氧化物反應生成石墨插層化合物，就可提高納米碳顆粒與納米碳管之間反應的選擇性，從而有效去除碳納米顆粒。Ikazaki等將陰極沉積物在673K下浸在CuC^KCl的混合溶液中一周，然后用去離子水洗去過量的CuCl2和KC1。為了將石墨插層中的CuCl2還原為金屬銅的石墨插層化合物，將洗凈的產物在He/H2氣氛下，以10K/min速率加熱到773K，并在此溫度下恒溫60min。將還原后的產物在流動空氣下以10K/min加熱至823K,則與銅形成石墨插層化合物的碳納米顆粒、碳納米球、無定形炭將優先發生氧化還原反應。此法是去除石墨粒子的一種有效方法，但對于催化劑粒子則無能為力，且引進了新的雜質。優缺點：此法是去除石墨粒子的一種有效方法，但對于催化劑粒子則無能為力，且引進了新的雜質。2.1.3氣相氧化法納米碳管主要由呈六邊形排列的碳原子構成，這種結構和石墨的結構完全一致，因此納米碳管的管壁可以被看成石墨片層在空間通過360°卷曲而成。其兩端由五邊形、六邊形、七邊形碳原子環組成的半球形帽封閉。納米碳管的制備過程中會有碳納米顆粒、無定形炭等粘附在碳納米管壁四周，它們有著和封口相似的結構。六元環五元環、七元環相比，比較穩定。在氧化劑存在的情況下，五元環和七元環會首先被氧化，而六元環則需要較高溫度才能被氧化，因此碳納米管的氧化溫度比碳納米顆粒、無定形炭、碳納米球的氧化溫度高。氣相氧化法就是利用納米碳管和碳納米顆粒、無定形炭、碳納米球的這一差異，通過精確控制反應溫度、反應時間及氣體流速等實驗參數達到提純的目的。氣相氧化法根據氧化氣氛的不同又可分為氧氣（或空氣）氧化法和二氧化碳氧化法。（1） 空氣氧化法Ebbesen將電弧法制備的樣品直接在空氣中加熱，當樣品的損失率達到99%以上時，殘留的樣品基本上全是納米碳管。優缺點：此法的提純收率極低，其原因主要是：碳納米顆粒、無定形炭、碳納米球與納米碳管交織在一起，而且這些雜質和納米碳管與空氣反應的選擇性較差。Tohji將電弧法制備的樣品先經水熱初始動力學法處理及Soxlet萃取后，在空氣中加熱到743°C,恒溫20min,將剩余的產物浸在6M的濃鹽酸中以除去催化劑粒子。此方法提高了提純收率（樣品的損失率為95%,）,Tohji等認為HIDE處理可使粘附在單壁碳納米管上的超細石墨粒子、納米球及無定形炭脫落，故能夠提高提純物的收率。（2） 二氧化碳氧化法Tsang將含有碳納米管的陰極沉積物放入一個兩端有塞子的石英管中，以20mL/min的流速通入CO2氣體，在1120K加熱5h后，約有的質量損失，此時部分碳納米管的球形帽被打開，繼續加熱，碳納米顆粒、碳納米球、無定形炭將被氧化燒蝕掉。2.1.4液相氧化法液相氧化與氣相氧化的原理相同，也是利用納米碳管比無定形炭、超細石墨粒子、碳納米球等雜質的拓撲類缺陷（五元環、七元環）少這一差異，來達到提純的目的。但是液相氧化法的反應條件較溫和易于控制。目前主要的氧化劑有：高錳酸鉀、重鉻酸鉀和硝酸溶液等。Ebbesen將10mg由激光法制備的樣品（含40%?60%的單壁納米碳管）浸在濃硝酸溶液中，超聲震蕩幾分鐘后，在磁力攪拌下，于393~403K回流4h，然后進行離心、清洗。這種方法大大降低了樣品的損失率，但是該方法提純后的樣品仍含有較大量的催化劑粒子（1%）。Dillon等人將激光蒸發法制備的樣品在3M的HNO3溶液中，于393K回流16h，經過濾、干燥后，將剩余的樣品在空氣中于823K灼燒30min，最后在1773K抽真空處理。最后剩余的產物占初始產物的20%，經電感耦合等離子譜測定，表明其中金屬含量僅占最終產物的0.2%o優缺點：這種方法大大降低了樣品的損失率（最終產物占初始產物的30-50%）,但是該方法提純后的樣品仍含有較大量的催化劑粒子（1%）。2.1.5紅外線輻射氧化法Y.Ando和ZhaoX等人經過研究發現多層納米碳管還可以利用紅外線輻射加熱氧化的方法進行提純。將電弧放電法合成出的陰極沉積產物直接放在紅外線加熱器中進行加熱氧化，便可很容易在面積約10mm2、深度約0.1mm的陰極沉積物表面范圍內得到體積松散的、海綿狀和具有高定向性的多層納米碳管。2?1?6氫化作用提純法A.Fonseca等將含有納米碳管的樣品放入氫氟酸中進行72h以上的浸泡處理，處理后的樣品在溫度為900的流動的H2/N2的氣氛中進行4~5h的氫化反應,H2/N2的流速為10/75mL/min。實驗結果發現無定形碳顆粒發生氫化反應的速率明顯高于其它具有固定結構的碳顆粒，因而這種方法可以有效地將那些具有不規則結構碳顆粒從納米碳管中除去。但由于該方法只適合于單獨除去無定形碳，對于那些具有規則結構的石墨多面體來說，清除的效果并不好，因此氫化作用提純法只有同其它提純方法結合使用才能最好地發揮其效用。反應結束后得到納米碳管中，有25%為開口的納米碳管。雖然化學提純方法可將納米碳管從其它雜質中有效地分離出來，但是化學提純方法最大的特點是建立在碳管樣品中不同組份存在不同氧化溫度和條件這一特征基礎上被提出來的，而利用氧化方法提純納米碳管存在一個最大的缺點，就是在氧化掉其它碳雜質的同時，有相當一部分的納米碳管管壁或管端也相應被氧化掉，甚至有一些納米碳管被完全氧化掉。氧化后殘余的納米碳管無論是管徑還是長度都遠遠小于初始的狀態，結構也大大地受到破壞。因此，化學提純方法能夠有效地分離出高純度的納米碳管，但是同時使結構也大大受到破壞。氧化后殘余的納米碳管無論是管徑還是長度都遠遠小于初始的狀態，結構也大大地受到破壞。2.2物理純化法利用物理方法提純納米碳管的一個重要的根據是，含有納米碳管的原料中的不同組份具有不同的物理性能。這些物理性能的差異包括：形態、比重、電性、大小等。利用這些物理性能的差異，研究人員分別提出了相應的提純方法，并做了卓有成效的工作。物理提純法是一種基于不破壞納米碳管而又能有效地將納米碳管分離、提純出來的方法物理提純方法的提出解決了納米碳管的結構受到破壞的問題。由于組成納米碳管生成物是由具有不同形態、大小、比重和電磁性的物質混雜在一起構成的，依據其各自的特征采取相應的物理分離手段和儀器，將納米碳管以外的雜質（無定形碳、石墨多面體、富勒烯、催化劑載體和金屬催化劑微粒等）清除出去是完全可行的。但是，這種基于上述理論而提出的物理分離方法所遇到一個最大的難題就是，納米碳管和大部分雜質均為碳質，在性能方面的差異事實上并不大，因此目前除了用過濾法能提純出較純凈的納米碳管外，其它方法均很難提純出十分純凈的納米碳管和單層納米碳管。此外，由于部分納米碳管與石墨多面體是以連體形式存在的，因此單純用物理方法是不能將這些納米碳管和石墨多面體分離開的。2.2.1離心分離法由于納米碳管比超細石墨粒子、碳納米球、無定形炭等雜質的粒度大，所以在離心時粒度大的納米碳管受離心力的作用先沉積下來，而粒度較小的納米碳管、無定形炭、超細石墨粒子、碳納米球則留在溶液中，使懸浮液在加壓下通過微孔濾膜就可使粒度小于微孔濾膜的雜質粒子除去。優缺點：在超聲振蕩（使粘附在納米碳管上的雜質粒子脫落下來）下過濾，經循環實驗可提供一種大量非破壞性提純納米碳管和納米粒子的方法，同時通過控制凝絮，為納米碳管的尺寸選擇提供了前景。兩次循環實驗后，納米碳管的純度僅為90%，表明其純度不很高。2.2.2微過濾提純法J.M.Bonard和T.Stora等人研究發現：納米碳管在具有水表面性質溶液中可以呈動態穩定的凝膠狀分散物存在。在經過過濾篩選之后，納米碳管可以有效地從其它碳納米微粒中分離出來。通過控制凝絮作用，還可能將不同大小的納米碳管分離開來。S.Bandow等人也報道了一種用含陽離子表面活性劑（CS2）的水溶液將碳納米顆粒、金屬納米顆粒、富勒烯等芳香族物質和單層納米碳管等充分分散后制成懸浮液，然后將懸浮液在薄膜過濾器中進行過濾處理，便可得到單層納米碳管含量約90%（質量分數）的樣品，整個過程不需要任何的氧化處理。與此同時，K.B.Shelimov和R.O.Esenaliev等人發現結合超聲振蕩技術和采用微量過濾方法，可以將包含有無定型碳、石墨多面體和金屬催化劑微粒等雜質的單層納米碳管懸浮液中的單層納米碳管有效地分離出來。在過濾過程中，聲裂技術的引入還可以防止過濾器受到污染，同時可以保持一個充分分散的納米碳管一一納米顆粒懸浮液環境。由于原料的不同，這種方法可以得到產率為30%?70%、純度為90%的單層納米碳管。優缺點：該方法僅適用于純度較高的樣品，且提純物收率不高。改進的氣相氧化法：本小組將由流動催化劑法制備的直徑為3-20nm碳管與溴水反應形成溴的石墨插層化合物，然后在流動空氣下加熱到800K，并在此溫度下恒溫20min,將氧化后的產物用濃鹽酸浸泡以除去催化劑粒子。2.2.3電泳純化法K.Yamamoto等人利用電泳原理，先將納米碳管充分分散于異丙醇（IPA）溶液中，離心、去除較大的碎片，然后在充滿納米碳管分散液的容器中放入兩個間距為0.4mm、共面的鋁電極。由于納米碳管存在電的各向異性這一特征，因此當在兩個鋁電極間加入大小為2.2xl0V?m交變電場時，在電場的作用下，納米碳管將由原位移動到陰極附近，并沿著電場的方向進行有規律的定向排列。研究發現，當交變電場的頻率在10Hz?10MHz之間變化時，納米碳管在電場作用下定向程度隨著交變電場頻率的增加而增加。2.2.4空間排斥色譜法空間排斥色譜法也稱凝膠滲透色譜。與其他液相色譜方法不同，它是基于試樣分子的尺寸和形狀不同來實現分離的。凝膠色譜的填充劑是凝膠，它是一種表面惰性，含有許多不同尺寸的孔穴或立體網狀物質。凝膠的孔穴大小與被分離試樣的大小相當。對于那些太大的分子，由于不能進行孔穴而被排斥，所以隨流動相移動而最先流出。小分子則完全相反，它能深入大大小小的孔隙中而完全不受排斥，而最后流出。中等大小的分子則可滲入較大的孔隙中，但受到較小孔隙的排斥，所以介于上述兩種情況之間。由于無定形炭等雜質的尺寸屬于小分子和中等大小分子范圍內，所以該方法可有效提純納米碳管。Duesberg等將MWNTs或SWNTs浸入1%十二烷基黃酸鈉（SDS）水溶液里，膠態分散液穩定幾天，直接用于色層分離，色譜柱（直徑2.5cm，長45cm）填充物由CPG（美國Corning公司生產的一種凝膠色譜填充劑，為多孔玻璃凝膠）系列組成，洗脫液是）.25%SDS水溶液，pH值為7，流速為50mL/h。優缺點：空間排斥色譜法（SEC）是一種不破壞納米碳管的前提下進行提純和長度選擇的方法，但此法提純物的純度不夠高。綜上所述，單純使用物理方法或是單純使用化學方法對納米碳管進行提純，雖然都有各自的優勢，但也存在各自無法解決的問題。因此，如果能夠設計一種純化流程，綜合了物理方法不破壞納米碳管結構和化學方法高效分離的優勢，就可以達到最高效地提純納米碳管的同時，最少量的破壞納米碳管的結構。通過對電弧放電法合成出的納米碳管產物進行分析發現，產物中除了有大量的納米碳管和石墨多面體外，還有一部分石墨碎片和無定形碳。由于顆粒間存在的粒度、重量上的差異，利用物理方法諸如離心分離法、過濾法等或綜合使用不同的物理方法，將一些可以利用物理方法就能夠分離開、利用化學方法需要較長時間才能氧化掉的雜質（大的石墨碎片、石墨多面體等）分離出去。對于物理分離方法無法分離開的顆粒，諸如顆粒度、密度與納米碳管相當的無定形碳以及與納米碳管結合緊密的石墨多面體等，則可以利用化學方法（大氣氧化法、酸氧化法）等在較短的氧化時間內將這些雜質氧化掉，最終提純出純度很高、結構破壞較小的納米碳管。3納米碳管的研究現狀和發展前景納米碳管的研究現狀：從近期的美國《科學索引》核心期刊發表的論文數分析,我國的論文總數繼美、日、德以后，位于第四位；美國和日本處于主導地位，德國、英國、法國和我國緊