用于分離基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的組合物、方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明總體上涉及用于分離基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的組合物、方法和系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】用于分離基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的組合物、方法和系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)根據(jù)35U. S. C. § 119(e)要求2012年5月7日提交且題為 "Compositions, Methods, and Systems for Separating Carbon-based Nanostructures" 的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/643, 462的優(yōu)先權(quán)，將其通過(guò)參考全部引入本文中用于所 有目的。
[0003] 關(guān)于聯(lián)邦咨助的研究或開發(fā)的聲明
[0004] 本發(fā)明是在根據(jù)由陸軍研究辦公室授予的授權(quán)號(hào)W911NF-07-D-0004的政府支持 下完成的。政府在本發(fā)明中具有一定權(quán)利。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005] 本發(fā)明總體上涉及用于分離基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的組合物、方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0006] 基于碳的納米材料（例如碳納米管、石墨烯富勒烯）具有使它們?cè)诙喾N應(yīng)用中是 有用的獨(dú)特的電子、光學(xué)和物理特性。受這些潛在的工業(yè)規(guī)模應(yīng)用驅(qū)使，這些納米材料正以 非常大/大批的量日益增多地被生產(chǎn)。多數(shù)應(yīng)用要求證明對(duì)這些材料的特性的大的控制程 度。然而，制造方法中的許多產(chǎn)生非均質(zhì)的產(chǎn)物。例如，多數(shù)單壁碳納米管（SWNT)合成技 術(shù)產(chǎn)生半導(dǎo)體性和金屬性SWNT的混合物。半導(dǎo)體性SWNT對(duì)于在場(chǎng)效應(yīng)晶體管和能量收集 中的應(yīng)用是合乎需要的，而金屬性SWNT擁有對(duì)于作為透明電極和天線的應(yīng)用的大量潛力。 各應(yīng)用要求高度純凈的半導(dǎo)體性或金屬性SWNT樣品。此外，這樣的SWNT是高度合乎需要 的應(yīng)用中的許多涉及其中對(duì)于所期望的產(chǎn)物的純化或選擇仍是抑制性問(wèn)題（特別是在大 規(guī)模下）的化學(xué)或處理。
[0007] 因此，需要改善的組合物、方法和系統(tǒng)用于分離基于碳的納米結(jié)構(gòu)體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在一些實(shí)施方式中，提供將第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體與至少一種第二類型 的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體至少部分地分離的方法，其包括：提供多個(gè)多孔微粒，其中所述多個(gè) 多孔微粒各自包括與所述微粒締合（associated)的多個(gè)納米顆粒；使所述多個(gè)多孔微粒 暴露于基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物，所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物包括所述第一類 型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體和所述至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體，其中所述第一 類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體以比所述至少第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體大的程度被吸 引到所述多孔微粒和/或與所述多孔微粒締合；和從所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物至 少部分地分離所述多孔微粒，由此收集一批富含所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的基 于碳的納米結(jié)構(gòu)體。
[0009] 在一些實(shí)施方式中，提供制品，其包括：多孔微粒；和與所述多孔微粒締合的多個(gè) 納米顆粒，其被選擇為促進(jìn)所述微粒從介質(zhì)的分離。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1的a描繪根據(jù)非限制性實(shí)施方式，可使用聚丙烯酸使具有?IOnm的平均直徑 的Fe 3O4納米顆粒簇集（群集，cluster)。
[0011] 圖1的b顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的納米顆粒的圖像。
[0012] 圖1的c描繪根據(jù)一些實(shí)施方式的在溶液中的納米顆粒的磁分離。
[0013] 圖2的a描繪根據(jù)一些實(shí)施方式的芯/殼磁性納米顆粒的非限制性實(shí)例。
[0014] 圖2的b顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的納米顆粒的圖像。
[0015] 圖2的c顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的包含納米顆粒的溶液。
[0016] 圖3的a顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的沉積在多孔聚合物基體上的Fe3O4顆粒的 圖像。
[0017] 圖3的b顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的包括多個(gè)納米顆粒的多孔微粒的TEM圖 像。
[0018] 圖3的c顯示圖3的b中的圖像的放大圖。
[0019] 圖4的a概述根據(jù)一些實(shí)施方式的選擇性地使用多孔微粒提取純化的SWNT溶液 的非限制性方法。
[0020] 圖4的b顯示根據(jù)一些實(shí)施方式的磁性多孔微粒的磁分離。
[0021] 圖4的c顯示根據(jù)一些實(shí)施方式的分離的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的光吸收光譜。
[0022] 圖5說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施方式的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的磁分離的非限制性實(shí)驗(yàn)路 線。
[0023] 圖6描繪根據(jù)一些實(shí)施方式的采用點(diǎn)擊化學(xué)的分離方法/系統(tǒng)。
[0024] 圖7的a顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的在兩個(gè)條形磁體的場(chǎng)中材料的磁分離的響 應(yīng)。
[0025] 圖7的b顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的大量的分離的碳納米管的圖片。
[0026] 圖7的c顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的包括多種碳納米管的起始混合材料、以及 分離的半導(dǎo)體性和金屬性碳納米管的吸收光譜。
[0027] 圖8和12顯示根據(jù)一些實(shí)施方式的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的溶液的圖片和相應(yīng)的 圖。
[0028] 圖9、10、11和13顯示根據(jù)一些實(shí)施方式的磁分離技術(shù)和/或方法的非限制性實(shí) 例。
[0029] 圖14和15顯示根據(jù)一些實(shí)施方式的分離的碳納米管的數(shù)據(jù)和圖片，其中使用本 文中描述的方法和系統(tǒng)分離97mg基本上純化的納米管。
[0030] 圖16的a顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的聚合物和納米顆粒之間的絡(luò)合。
[0031] 圖16的b顯示根據(jù)一些實(shí)施方式的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體和多孔微粒之間的結(jié)合 的示意圖。
[0032] 圖17的a顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體特異性對(duì)磁珠量的 圖。
[0033] 圖17的b顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體特異性對(duì)時(shí)間的圖。
[0034] 圖18顯示根據(jù)一些實(shí)施方式的分離的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體和起始材料的吸收光 譜。
[0035] 圖19的a顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的關(guān)于多種磁珠量的解吸的材料的吸收光 譜。
[0036] 圖19的b顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的關(guān)于多種磁珠量的上清液的吸收光譜。
[0037] 圖19的c顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的在多種時(shí)間間隔處的解吸的材料的吸收 光譜。
[0038] 圖19的d顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的在多種時(shí)間間隔處的上清液的吸收光譜。
[0039] 圖20的a顯示根據(jù)一些實(shí)施方式的在手性方面變化的Unidym和純化的基于碳的 納米結(jié)構(gòu)體的峰去卷積吸收光譜。
[0040] 圖20的b顯示根據(jù)非限制性實(shí)施方式的在手性方面變化的Nan0-C和純化的基于 碳的納米結(jié)構(gòu)體的峰去卷積吸收光譜。
[0041] 當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，本發(fā)明的其它方面、實(shí)施方式和特征將從以下詳細(xì)描述變得 明晰。附圖是示意性的且不意圖按比例繪制。為了清楚，并非在每個(gè)圖中標(biāo)注了每個(gè)部件 (成分），在圖解對(duì)于容許本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明不是必需時(shí)也未顯示本發(fā)明的 各實(shí)施方式的每個(gè)部件（成分）。通過(guò)參考被引入本文中的所有專利申請(qǐng)和專利通過(guò)參考 全部引入。在沖突的情況下，本說(shuō)明書（包括定義）將進(jìn)行支配。

【具體實(shí)施方式】
[0042] 本發(fā)明總體上涉及用于分離基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的組合物、方法和系統(tǒng)。在一些 實(shí)施方式中，所述組合物、方法和/或系統(tǒng)可用于將第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體與至 少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體分離。在一些實(shí)施方式中，所述組合物、方法和/或 系統(tǒng)可包括多個(gè)多孔微粒。
[0043] 不希望受理論束縛，與本領(lǐng)域中已知的組合物、方法和/或系統(tǒng)相比，本文中描述 的組合物、方法和/或系統(tǒng)可提供用于分離基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的許多優(yōu)點(diǎn)。例如，本文中 描述的組合物、方法和/或系統(tǒng)可有利地不要求使用超速離心法。另外，與已知的組合物、 方法和/或系統(tǒng)相比，本文中描述的組合物、方法和/或系統(tǒng)中的許多可在更大規(guī)模上采 用。
[0044] 在一些實(shí)施方式中，方法包括將第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體與至少一種第二 類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體至少部分地分離。所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體和所述 至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體可在許多特性方面不同，包括，但不限于，電、化 學(xué)、光學(xué)和/或物理特性。所述第一類型和所述至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體 可通過(guò)利用它們的至少一種不同的特性而分離。
[0045] 在一些實(shí)施方式中，所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體和所述至少一種第二類 型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體包括不同的磁特性。在一些實(shí)施方式中，所述類型的基于碳的納 米結(jié)構(gòu)體的不同在于各類型是金屬性的、半導(dǎo)體性的、和/或特異性（n，m)金屬性的或半導(dǎo) 體性的。在一些實(shí)施方式中，所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體是金屬性的。在一些實(shí) 施方式中，所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體是半導(dǎo)體性的。在一些實(shí)施方式中，所述第 二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體是金屬性的。在一些實(shí)施方式中，所述第二類型的基于碳的 納米結(jié)構(gòu)體被吸引到磁場(chǎng)，而所述至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體與所述第一類 型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體相比磁性更小或者為基本上非磁性的。因此，所述第一類型的基 于碳的納米結(jié)構(gòu)體可通過(guò)如下與所述至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體分離：利用 在它們的磁性質(zhì)方面的差異。
[0046] 在一些實(shí)施方式中，所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體和所述至少一種第二類 型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體包括不同的手性。例如，在一些實(shí)施方式中，所述第一類型的基于 碳的納米結(jié)構(gòu)體包括第一手性矢量且所述至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體包括 不同的手性矢量。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知曉的，手性矢量通常定義扭曲程度、以及彎曲 方式（方向）例如向右邊彎曲、向左邊彎曲等。因此，所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體 可通過(guò)如下與所述至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體分離：利用在它們的手性方面 的差異。
[0047] 在一些實(shí)施方式中，第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體（例如，在與至少一種第二 類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體分離之后）可分離為第一子類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體和第 二子類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體。在一個(gè)實(shí)例中，所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體包 括半導(dǎo)體性的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體且所述第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體包括金屬性的 基于碳的納米結(jié)構(gòu)體。分離的第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體可通過(guò)利用另一性質(zhì)例如手 性進(jìn)一步分離。在一些實(shí)施方式中，將第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體分離成第三子類型 的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體和第四子類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體。
[0048] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠?qū)㈩愃频耐评響?yīng)用于其它可能特性，其可在各類型和 子類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體和至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體之間不同，例如 經(jīng)由化學(xué)官能性和形狀。
[0049] 在一些實(shí)施方式中，如本文中描述的組合物、方法和/或系統(tǒng)可利用多孔微粒。在 一些實(shí)施方式中，所述多孔微粒被選擇以幫助從基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物分離多個(gè)第 一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體。即，可選擇所述多孔微粒，使得與所述混合物中的其它類型 的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體相比，更大部分的至少一種第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體將被吸 引到所述多孔微粒和/或與所述多孔微粒締合。因此，在暴露包括所述第一類型的基于碳 的納米結(jié)構(gòu)體和所述至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的 混合物時(shí)，與所述至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體相比，更大部分的所述第一類 型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體被吸引到所述多孔微粒和/或與所述多孔微粒締合。在一些實(shí)施 方式中，方法包括如下步驟：提供多個(gè)多孔微粒；使所述多個(gè)多孔微粒暴露于基于碳的納 米結(jié)構(gòu)體的混合物，所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物包括所述第一類型的基于碳的納米 結(jié)構(gòu)體和所述至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體，其中所述第一類型的基于碳的納 米結(jié)構(gòu)體以比所述至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體大的程度被吸引到所述多孔 微粒和/或與所述多孔微粒締合；和收集所述多孔微粒，由此從所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體 的混合物分離一批富含所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體。
[0050] 在一些實(shí)施方式中，所述多孔微?？砂ǘ鄠€(gè)官能團(tuán)。在一些情況中，所述多個(gè)官 能團(tuán)幫助第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體從所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物的分離，因 為與所述混合物中的其它類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體相比，所述第一類型的基于碳的納米 結(jié)構(gòu)體以更大的程度被吸引到所述多個(gè)官能團(tuán)和/或與所述多個(gè)官能團(tuán)締合。這在如下實(shí) 施方式中可為特別有用的：其中，所述第一類型的納米結(jié)構(gòu)體包括互補(bǔ)官能團(tuán)（例如，與存 在于所述微粒中的官能團(tuán)互補(bǔ)），所述互補(bǔ)官能團(tuán)在所述混合物中包含的其它類型的基于 碳的納米結(jié)構(gòu)體上不存在和/或以更小的程度存在。所述多個(gè)官能團(tuán)可為形成所述微粒的 材料的一部分（例如，所述微粒由聚合物材料形成，其中所述聚合物材料包括所述多個(gè)官 能團(tuán)）和/或?yàn)榕c所述微粒締合的材料的一部分（例如，與所述微粒締合的納米顆粒的一 部分；如本文中所描述的）。
[0051] 在一些實(shí)施方式中，所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體和所述微粒之間的相互作用可包括 形成鍵例如共價(jià)鍵（例如碳-碳、碳-氧、氧-硅、硫-硫、磷-氮、碳-氮、金屬-氧或其它 共價(jià)鍵）、離子鍵、氫鍵（例如，在羥基、胺、羧基、硫醇和/或類似官能團(tuán)之間的）、配價(jià)鍵 (例如，金屬離子和單齒或多齒配體之間的絡(luò)合或螯合）等。所述相互作用還可包括范德華 相互作用。在一些實(shí)施方式中，所述相互作用為共價(jià)相互作用。共價(jià)相互作用的非限制性 實(shí)例包括，但不限于，重氮化學(xué)、點(diǎn)擊化學(xué)等。在其它實(shí)施方式中，所述相互作用為非共價(jià)相 互作用。例如，在一些實(shí)施方式中，所述微粒選擇性地?fù)诫s基于碳的納米結(jié)構(gòu)體。在一些這 樣的情況中，所述摻雜相互作用可取決于所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的電子帶結(jié)構(gòu)。例如，具 有大的表面電子密度和緊密的（緊湊的）表面活性劑填裝（compact surfactant packing) 的金屬性的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體不可被摻雜，而半導(dǎo)體性基于碳的納米結(jié)構(gòu)體可被摻雜。 在一些實(shí)施方式中，選擇性摻雜用于分離第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體和至少一種第二 類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體。非共價(jià)相互作用的非限制性實(shí)例包括，但不限于，粘附化學(xué)、 胺化化學(xué)/表面等。
[0052] 在一些實(shí)施方式中，通過(guò)使多個(gè)納米顆粒與微粒締合，可向所述微粒賦予多個(gè)官 能團(tuán)和/或其它性質(zhì)。如本文中所述，可使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)和方法使所 述納米顆粒與所述微粒締合。所述納米顆?？纱嬖谟谒鑫⒘５谋砻嫔虾?或分散遍及所 述微粒的孔。
[0053] 在一些實(shí)施方式中，所述多個(gè)納米顆?？杀贿x擇為促進(jìn)所述微粒從介質(zhì)（例如液 體、氣體、固體等）的分離。例如，在一些實(shí)施方式中，所述多個(gè)納米顆粒為磁性的，其中所 述多孔微粒在所述納米顆粒的締合時(shí)變成磁性的。因此,如本文中所述,通過(guò)利用微粒的磁 性質(zhì)，可將所述微粒從所述介質(zhì)分離和/或從所述介質(zhì)收集所述微粒。在一些情況中，所述 納米顆粒為順磁性的、超順磁性的、鐵磁性的、亞鐵磁性的或展示任何其它類型的磁行為。 在一些實(shí)施方式中，所述納米顆?；旧嫌纱判圆牧闲纬苫虬ù判圆牧稀?br> [0054] 除促進(jìn)所述微粒從介質(zhì)的分離之外，所述納米顆?？稍谌缦聦?shí)施方式中幫助所述 第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體從基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物的分離：其中，所述第一 類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體被吸引到磁場(chǎng)，且所述至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu) 體以與所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體相比更小的程度被吸引到磁場(chǎng)和/或?yàn)榉谴?性的。
[0055] 在一些實(shí)施方式中，所述納米顆?？捎脦椭繕?biāo)基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的締合和/ 或結(jié)合的一個(gè)或多個(gè)官能團(tuán)官能化。例如，在一些實(shí)施方式中，所述納米顆粒包括為磁性的 芯和至少部分地包封所述磁性的芯的殼，其中所述殼包括幫助目標(biāo)類型的基于碳的納米結(jié) 構(gòu)體的締合和/或結(jié)合的多個(gè)官能團(tuán)。用于幫助目標(biāo)類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的締合和 /或結(jié)合的合適的官能團(tuán)描述于本文中。
[0056] 在一些實(shí)施方式中，納米顆粒包括芯和至少部分地包封所述芯的殼，其中所述芯 和/或所述殼包括磁性材料，和任選地，其它組分包括非磁性或基本上非磁性的材料。磁性 材料的非限制性實(shí)例包括，但不限于，F(xiàn)e304、Fe203、F e和Cu。非磁性或基本上非磁性的材料 的非限制性實(shí)例包括，但不限于，Au、Ag、SiOx和其它聚合物材料。在具體實(shí)例中，所述納米 顆粒包括磁性的芯（例如Fe 3O4)和基本上包封所述磁性的芯的Au包覆層。在一些實(shí)施方 式中，所述殼包括多個(gè)官能團(tuán)。
[0057] 與多個(gè)納米顆粒締合的微?？墒褂帽绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員通常知曉的技術(shù)形成。在 一些實(shí)施方式中，通過(guò)將所述微粒暴露于包括多個(gè)納米顆粒的溶液，可使所述微粒與多個(gè) 納米顆粒締合。所述納米顆粒還可共價(jià)連接和/或吸收到所述多孔微粒的表面上和/或所 述多孔微粒的孔中。
[0058] 所述多孔微粒的孔可包括任何合適的范圍的尺寸和/或在尺寸方面基本上是均 勻的。在一些情況中，所述孔可為或者不可為使用成像技術(shù)（例如掃描電子顯微鏡）可見 的。所述孔可為開放和/或閉合的孔。在一些情況中，平均孔徑為約〇· lnm、約0· 5nm、約 lnm、約 2nm、約 3nm、約 4nm、約 5nm、約 6nm、約 7nm、約 8nm、約 9nm、約 10nm、約 20nm、約 50nm、 約 lOOnm、約 200nm、約 300nm、約 400nm、約 500nm、約 600nm、約 700nm、約 800nm、約 900nm、或 約lOOnm。在一些情況中，平均孔徑為約卜約500nm、或約1-約400nm、或約1-約300nm、 或約1-約200nm、或約1-約lOOnm、或約1-約50nm、約1-約20nm、或約1-約10nm、或約 10-約200nm、或約10-約lOOnm、或約10-約50nm。在一些情況中，所述孔徑可被選擇以促 進(jìn)基于碳的納米結(jié)構(gòu)體與所述多孔微粒的締合。在一些情況中，所述孔徑被選擇以大到足 以容許所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體被包含在所述孔中和/或提供可能的最大表面積。
[0059] 所述多孔微?？捎扇魏魏线m的材料形成。在一些實(shí)施方式中，所述多孔微粒由 聚合物材料形成。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知曉用作多孔微粒的合適的材料。在一些實(shí)施 方式中，所述材料包括多個(gè)官能團(tuán)，例如，胺官能團(tuán)。在一些實(shí)施方式中，所述多個(gè)官能團(tuán) 可幫助第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體從基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物的分離，如本文 中所描述的。在一些情況中，所述多孔微粒包括丙烯葡聚糖凝膠（丙烯酰胺葡聚糖凝膠， sephacryl)。合適的材料的其它非限制性實(shí)例包括，但不限于，瓊脂糖和類似結(jié)構(gòu)化的多孔 聚合物、包括胺基團(tuán)的聚合物、和包括酰胺基團(tuán)的聚合物。在一些實(shí)施方式中，合適的材料 為聚合物網(wǎng)絡(luò)。
[0060] 所述微?？蔀槿魏魏线m的尺寸。在一些實(shí)施方式中，所述多個(gè)微粒可以平均直徑 (例如所述多個(gè)顆粒的平均直徑）為特征。在一些實(shí)施方式中，所述微粒的直徑可具有高斯 型分布。在一些情況中，所述多個(gè)微?？删哂行∮诩s500 μ m (微米）、小于約400 μ m、小于 約300 μ m、小于約250 μ m、小于約200 μ m、小于約150 μ m、小于約100 μ m、小于約50 μ m、小 于約40 μ m、小于約30 μ m、小于約10 μ m、小于約5 μ m、小于約3 μ m、或小于約1 μ m的平均 直徑。在一些實(shí)施方式中，所述微?？删哂屑s5 μ m、約10 μ m、約30 μ m、約40 μ m、約50 μ m、 約 100 μ m、約 150 μ m、約 200 μ m、約 250 μ m、約 300 μ m、約 400 μ m、約 500 μ m、或更大的平 均直徑。在一些實(shí)施方式中，所述微粒可具有大于約5 μ m、大于約10 μ m、大于約30 μ m、大 于約40 μ m、大于約50 μ m、大于約100 μ m、大于約150 μ m、大于約200 μ m、大于約250 μ m、 大于約300 μ m、大于約400 μ m、大于約500 μ m、或更大的平均直徑。在一些情況中，所述微 粒具有約 I l·1 m_ 約 500 μ m、約 40 μ m-約 500 μ m、約 50 μ m-約 500 μ m、約 40 μ m-約 40 μ m、 約 50 μ m_ 約 400 μ m、約 40 μ m_ 約 300 μ m、約 50 μ m_ 約 300 μ m、約 50 μ m_ 約 200 μ m、或約 50 μ m-約100 μ m的平均尺寸。在【具體實(shí)施方式】中，所述微粒具有至少50 μ m、或至少40 μ m 的平均尺寸。
[0061] 與所述微粒締合的所述多個(gè)納米顆?？删哂腥魏魏线m的尺寸。在一些實(shí)施方式 中，所述多個(gè)納米顆?？梢云骄睆剑ɡ缢龆鄠€(gè)顆粒的平均直徑）為特征。在一些實(shí)施 方式中，所述納米顆粒的直徑可具有高斯型分布。在一些情況中，所述多個(gè)納米顆?？删哂?小于約500nm、小于約400nm、小于約300nm、小于約250nm、小于約200nm、小于約150nm、小 于約100nm、小于約50nm、小于約40nm、小于約30nm、小于約20nm、小于約10nm、小于約5nm、 小于約3nm、或小于約Inm的平均直徑。在一些實(shí)施方式中，所述納米顆?？删哂屑s5nm、約 10nm、約 20nm、約 30nm、約 40nm、約 50nm、約 100nm、約 150nm、約 200nm、約 250nm、約 300nm、 約400nm、約500nm、或更大的平均直徑。在一些實(shí)施方式中，所述納米顆?？删哂屑s5nm、約 10nm、約 15nm、約 20nm、約 25nm、約 30nm、約 40nm、約 50nm、約 100nm、約 150nm、約 200nm、或 更大的平均直徑。在一些情況中，所述納米顆粒具有約Inm-約Ιμπκ約Inm-約500nm、約 Inm-約 400nm、或約 Inm-約 200nm、約 Inm-約 100nm、約 Inm-約 50nm、約 IOnm-約 50nm、約 IOnm-約40nm、約IOnm-約30nm、或約15nm_約25nm的平均尺寸。
[0062] 應(yīng)理解，平均納米顆粒和/或微粒尺寸可通過(guò)測(cè)量代表數(shù)量的納米顆粒和/或微 粒的平均橫截面尺寸（例如，基本上球形的納米顆粒和/或微粒的直徑）來(lái)確定。例如，基 本上球形的納米顆粒和/或微粒的平均橫截面尺寸為其直徑；而且，非球形的納米顆粒和/ 或微粒的平均橫截面尺寸為其三種橫截面尺寸（例如長(zhǎng)度、寬度、厚度）的平均值，如下面 進(jìn)一步描述的。所述納米顆粒和/或微粒尺寸可使用顯微鏡法技術(shù)例如掃描電子顯微鏡或 透射電子顯微鏡技術(shù)、或光學(xué)技術(shù)例如動(dòng)態(tài)光散射測(cè)定。
[0063] 在一些實(shí)施方式中，在用于將第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體與至少一種第二類 型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體至少部分地分離的方法中可采用本文中描述的微粒。在一些情況 中，所述方法包括：提供多個(gè)多孔微粒，其中所述多個(gè)多孔微粒各自（任選地其中各自包括 與所述微粒締合的多個(gè)納米顆粒）；使所述多個(gè)多孔微粒暴露于基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混 合物，所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物包括所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體和所述 至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體，其中所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體以比 所述至少第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體大的程度被吸引到所述多孔微粒和/或與所述 多孔微粒締合；和至少部分地分離所述多孔微粒，由此從所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合 物分離一批富含所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體。
[0064] 在一些實(shí)施方式中，本文中描述的方法、系統(tǒng)和制品可用于以充足的量將第一類 型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體與至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體部分地分離。在一些 情況中，與所述至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體至少部分地分離的所述第一類型 的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的量大于約或?yàn)榧slmg、大于約或?yàn)榧s5mg、大于約或?yàn)榧s10mg、大 于約或?yàn)榧s20mg、大于約或?yàn)榧s30mg、大于約或?yàn)榧s40mg、大于約或?yàn)榧s50mg、大于約或?yàn)?約60mg、大于約或?yàn)榧s70mg、大于約或?yàn)榧s80mg、大于約或?yàn)榧s90mg、大于約或?yàn)榧s100mg、 大于約或?yàn)榧s120mg、大于約或?yàn)榧s150mg、大于約或?yàn)榧s200mg、大于約或?yàn)榧s300mg、大于 約或?yàn)榧s400mg、大于約或?yàn)榧s500mg、或更大。
[0065] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知曉用于將多個(gè)微粒暴露于多種基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的 合適的方法。例如，在一些實(shí)施方式中，使包括所述多個(gè)微粒的溶液暴露于包括所述基于碳 的納米結(jié)構(gòu)體的混合物的溶液。在一些情況中，在所述微粒暴露于所述基于碳的納米結(jié)構(gòu) 體的混合物時(shí)，可攪動(dòng)（例如攪拌、震動(dòng)、離心、超聲處理）包括所述混合物的溶液。在一些 實(shí)施方式中，在使所述微粒暴露于所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物之前，（例如，經(jīng)由攪 拌、震動(dòng)、超聲處理，經(jīng)由添加表面活性劑（例如，十二烷基硫酸鈉）等）可使所述基于碳的 納米結(jié)構(gòu)體充分地分散于溶液中。
[0066] 在一些實(shí)施方式中，所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體可與表面活性劑締合。在一些實(shí)施 方式中，使用至少一種表面活性劑分散所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體。在一些實(shí)施方式中，所 述表面活性劑可與基于碳的納米結(jié)構(gòu)體相互作用，如對(duì)于與微粒的相互作用所描述的。在 一些實(shí)施方式中，所述表面活性劑和基于碳的納米結(jié)構(gòu)體之間的相互作用可幫助將第一類 型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體與第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體分離。表面活性劑的非限制性 實(shí)例包括離子型表面活性劑（例如十二烷基硫酸鈉、膽酸鈉、月桂基硫酸銨、月桂基醚硫酸 鈉、肉豆蘧醇聚醚硫酸鈉 （sodium myreth sulfate)、磺基琥拍酸鈉二辛酯、氯化十六燒基 三甲基銨、氯化十六烷基吡啶、苯扎氯銨）、兩性離子型表面活性劑、和非離子型表面活性劑 (例如十六烷醇、硬脂醇、和十六十八醇、triton X-100、脫水山梨糖醇烷基酯、聚乙二醇和 聚丙二醇的嵌段共聚物、壬苯醇醚-9 (nonoxynol-9))。
[0067] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠選擇用于使所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體暴露于所述微 粒的合適的條件。在一些實(shí)施方式中，可改變所述條件以提供第一類型的基于碳的納米結(jié) 構(gòu)體與至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的優(yōu)化的分離?？筛淖兊膮?shù)的非限制性 實(shí)例包括所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體相對(duì)于所述微粒的濃度、所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體暴露 于所述微粒的時(shí)間的長(zhǎng)度、攪動(dòng)等?？墒褂帽绢I(lǐng)域中已知的技術(shù)分析使用一組特定的條件 的分離的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的組成。例如，可在變化的時(shí)間點(diǎn)從溶液移除所述微粒的一 部分，和可分析與所述微粒締合的所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體以確定分離的基于碳的納米結(jié) 構(gòu)體的組成，例如使用吸收光譜法技術(shù)。
[0068] 可使基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物暴露于所述微粒任何合適的時(shí)間。在一些實(shí)施 方式中，所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物暴露于所述微粒的時(shí)間量取決于多種因素，例 如用于分離所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的性質(zhì)。在一些實(shí)施方式中，可調(diào)節(jié)所述微粒暴露于 所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的時(shí)間量以優(yōu)化所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的分離。在 一些實(shí)施方式中，可使所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體暴露于所述微粒小于或等于約36小時(shí)、小 于或等于約30小時(shí)、小于或等于約24小時(shí)、小于或等于約18小時(shí)、小于或等于約12小時(shí)、 小于或等于約6小時(shí)、小于或等于約3小時(shí)、小于或等于約2小時(shí)、小于或等于約1小時(shí)、或 小于或等于約30分鐘。在一些情況中，可使所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體暴露于所述微粒至少 10分鐘、至少30分鐘、至少1小時(shí)、至少3小時(shí)、至少6小時(shí)、至少12小時(shí)、至少18小時(shí)、 至少24小時(shí)、至少30小時(shí)。在一個(gè)實(shí)例中，基于手性的分離可利用相對(duì)短的暴露時(shí)間（例 如，小于或等于約3小時(shí)）。
[0069] 可使所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物暴露于任何合適的濃度的所述微粒。在一 些實(shí)施方式中，可調(diào)節(jié)所述微粒相對(duì)于所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的濃度以優(yōu)化所述第一類 型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的分離。在一些實(shí)施方式中，微粒的膠體懸浮液對(duì)包括基于碳的 納米結(jié)構(gòu)體的溶液的體積比可為至少約1、至少約2、至少約4、至少約6、至少約8、至少約 10、至少約15、至少約20、或至少約30。在一些實(shí)施方式中，微粒的膠體懸浮液對(duì)包括基于 碳的納米結(jié)構(gòu)體的溶液的體積比可為約1-約30、約1-約20、約1-約15、約1-約10、約 2-約10、約4-約10、或約6-約10。所述膠體懸浮液中的微粒的濃度可通過(guò)測(cè)量沉降之后 所述懸浮液中的微粒的體積分?jǐn)?shù)而確定。在一些實(shí)施方式中，所述懸浮液中的微粒的百分 數(shù)為約75%且所述包括基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的溶液中的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的濃度為約 lmg/ml。在一些實(shí)施方式中，所述懸浮液中的微粒的百分?jǐn)?shù)為至少約65%、至少約68%、 至少約70%、至少約72%、至少約75%、至少約78%、至少約80%、至少約82%、或至少約 85%。在一些實(shí)施方式中，所述懸浮液中的微粒的百分?jǐn)?shù)為約65% -約85%、約70% -約 85%、約75% -約85%、約75% -約80%、約70% -約75%。在一些實(shí)施方式中，所述包 括基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的溶液中的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的濃度為至少約〇. 25mg/ml、至少 約0· 5mg/ml、至少約0· 75mg/ml、至少約lmg/ml、至少約I. 25mg/ml、至少約I. 5mg/ml、至少 約1.75mg/ml、至少約2mg/ml。在一些實(shí)施方式中，所述包括基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的溶液 中的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的濃度為約〇. 25mg/ml-約2mg/mL、約0. 5mg/ml-約2mg/mL、約 0· 75mg/ml_ 約 2mg/mL、約 lmg/ml-約 2mg/mL、或約 0· 25mg/ml_ 約 lmg/mL。本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員將知曉在所述多孔微粒暴露于基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物之后用于至少部分地 分離和/或收集所述多孔微粒的合適的方法和技術(shù)。例如，在其中所述多孔微粒為磁性的 實(shí)施方式中，技術(shù)和方法可包括，但不限于，磁分離、高梯度磁分離（HGMS)和磁過(guò)濾。
[0070] 磁分離技術(shù)和方法對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是已知的且通常涉及將所述多孔微 粒（例如，與基于碳的納米結(jié)構(gòu)體締合的）放置于磁場(chǎng)中并提取具有"負(fù)載"或結(jié)合的基于 碳的納米結(jié)構(gòu)體的磁性微粒。替代地，可使用磁場(chǎng)分離該磁性組分，然后可例如通過(guò)傾析移 除非磁性材料。對(duì)于更詳細(xì)的描述，參見實(shí)施例部分。
[0071] HGMS技術(shù)和/或方法對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是已知的且通常涉及使用可提供 大的磁梯度的高表面積材料。在一些實(shí)施方式中，將包含磁性的和選擇性結(jié)合的微粒（例 如，與基于碳的納米結(jié)構(gòu)體締合的）的非均質(zhì)材料置于高的磁梯度中并分離。通常，然后可 移除非磁性的且因此未結(jié)合的材料，然后可通過(guò)簡(jiǎn)單地從磁場(chǎng)移除分離的材料而收取所述 分離的材料。
[0072] 磁過(guò)濾技術(shù)和/或方法對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是已知的且通常涉及在非均質(zhì) 溶液相混合物中的特異性材料結(jié)合到磁性顆粒，然后使其流速或方向改向。這樣的方法的 實(shí)例描述于實(shí)施例部分中。這樣的技術(shù)容許磁性微粒和任何結(jié)合的材料（例如，基于碳的 納米結(jié)構(gòu)體）通過(guò)相對(duì)于雜質(zhì)將流動(dòng)導(dǎo)向而分離，所述雜質(zhì)可為其它金屬性的或碳雜質(zhì)， 包括不同的電子類型或手性的SWNT。
[0073] 在一些實(shí)施方式中，所述微粒的收集可通過(guò)如下實(shí)現(xiàn)：將任選地被（可移動(dòng)的）保 護(hù)性護(hù)套保護(hù)的源磁體直接放置在樣品液體中以分離和收集磁性微粒（例如，與基于碳的 納米結(jié)構(gòu)體締合的）。這可在靜止的或流動(dòng)的液體樣品中實(shí)現(xiàn)。在分批收集的情況中，可在 傾析或以其它方式提取上清液或未吸附的材料的同時(shí)收集或保留所述磁性微粒。替代地， 該提取可通過(guò)移除附著有磁性微粒的磁體而實(shí)現(xiàn)。在移除（任選地重復(fù)地）具有結(jié)合的有 效負(fù)載的磁體之后，可從所述護(hù)套移出所述磁體并可分離所述磁性微粒。
[0074] 在收集與多個(gè)基于碳的納米結(jié)構(gòu)體締合的微粒之后，可任選地將所述基于碳的納 米結(jié)構(gòu)體從所述微粒分開和/或分離。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知曉用于從所述微粒分離所 述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的方法和技術(shù)。例如，可使分離的微粒暴露于幫助切斷鍵和/或所 述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體從所述微粒的解離的試劑。在一些實(shí)施方式中，所述試劑為表面活 性劑。
[0075] 在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法包括至少一個(gè)洗滌步驟。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 將知曉實(shí)施洗滌步驟的方法和/或技術(shù)。
[0076] 盡管本文中描述的方法和系統(tǒng)中的許多不利用超速離心法，但在一些實(shí)施方式 中，方法和/或系統(tǒng)可利用超速離心法。參見，例如，實(shí)施例4。
[0077] 如本文中使用的，術(shù)語(yǔ)"基于碳的納米結(jié)構(gòu)體"指的是具有芳族環(huán)的稠合網(wǎng)絡(luò)、小 于約1微米的至少一種橫截面尺寸并包括按質(zhì)量計(jì)至少約30%碳的制品。在一些實(shí)施方 式中，所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體可包括按質(zhì)量計(jì)至少約40%、至少約50%、至少約60%、至 少約70%、至少約80%、至少約90%、或至少約95%的碳、或更多。術(shù)語(yǔ)"稠合網(wǎng)絡(luò)"不可 包括，例如，其中兩個(gè)苯基通過(guò)單鍵結(jié)合且不稠合的聯(lián)苯基團(tuán)?；谔嫉募{米結(jié)構(gòu)體的實(shí)例 包括碳納米管（例如單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管等）、碳納米線、碳納米纖 維、碳納米殼、石墨烯、富勒烯等。
[0078] 在一些實(shí)施方式中，基于碳的納米結(jié)構(gòu)體可具有小于約500nm、小于約250nm、小 于約lOOnm、小于約75nm、小于約50nm、小于約25nm、小于約10nm、或者在一些情況中小于 約Inm的至少一種橫截面尺寸。在一些情況中，本文中描述的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體可具有 小于約1微米、小于約500nm、小于約250nm、小于約lOOnm、小于約75nm、小于約50nm、小于 約25nm、小于約10nm、或者在一些情況中小于約Inm的最大橫截面尺寸。在一些情況中，本 文中描述的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體可具有小于約1微米、小于約500nm、小于約250nm、小于約 lOOnm、小于約75nm、小于約50nm、小于約25nm、小于約10nm、或在一些情況中、小于約Inm 的兩種垂直的最大橫截面尺寸。如本文中使用的，結(jié)構(gòu)體（例如，基于碳的納米結(jié)構(gòu)體、活 性生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體等）的"最大橫截面尺寸"指的是可測(cè)量的結(jié)構(gòu)體的兩個(gè)相對(duì)的邊界之間的 最大距離。多個(gè)結(jié)構(gòu)體的"平均最大橫截面尺寸"指的是數(shù)量平均值。
[0079] 在一些實(shí)施方式中，本文中描述的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體可包括碳納米管。如本文 中使用的，術(shù)語(yǔ)"碳納米管"被給予其在本領(lǐng)域中通常的含義且指的是包括主要地包含碳原 子的主要的六元環(huán)（例如，六元芳族環(huán)）的稠合網(wǎng)絡(luò)的基本上圓柱形的分子或納米結(jié)構(gòu)體。 在一些情況中，碳納米管可類似于形成為無(wú)縫圓柱形結(jié)構(gòu)體的石墨片。應(yīng)理解，碳納米管還 可包括不同于六元環(huán)的環(huán)或晶格結(jié)構(gòu)。典型地，碳納米管的至少一端可被封端，即，具有彎 曲的或非平面的芳族結(jié)構(gòu)。碳納米管可具有納米級(jí)的直徑和毫米級(jí)或數(shù)十微米級(jí)的長(zhǎng)度， 導(dǎo)致大于100、1000、10, 〇〇〇、100, 〇〇〇、?ο6、?ο7、1〇8、1〇9、或更大的長(zhǎng)徑比。碳納米管的實(shí)例 包括單壁碳納米管（SWNT)、雙壁碳納米管（DWNT)、多壁碳納米管（MWNT)(例如，同心碳納米 管）、其無(wú)機(jī)衍生物等。在一些實(shí)施方式中，所述碳納米管為單壁碳納米管。在一些情況中， 所述碳納米管為多壁碳納米管（例如，雙壁碳納米管）。在一些情況中，所述碳納米管可具 有小于約1微米、小于約500nm、小于約250nm、小于約lOOnm、小于約50nm、小于約25nm、小 于約10nm、或者在一些情況中小于約Inm的直徑。
[0080] 使用如本文中所描述的組合物、方法和/或系統(tǒng)獲得的分離的基于碳的納米結(jié)構(gòu) 體可在如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知曉的許多應(yīng)用中找到用途。非限制性實(shí)例包括電子、天線、 能量收集和存儲(chǔ)、化學(xué)和生物傳感、生物成像、和/或醫(yī)療。
[0081] 下列實(shí)施例意圖說(shuō)明本發(fā)明的一些實(shí)施方式，但不示范本發(fā)明的全部范圍。
[0082] 實(shí)施例
[0083] 由于它們的杰出特性，碳納米材料對(duì)于包括電子、天線、能量收集和存儲(chǔ)、化學(xué)和 生物傳感、生物成像和醫(yī)療的應(yīng)用備受追捧。它們?cè)谶@些應(yīng)用中的性能大大地取決于它們 的電子、光學(xué)和物理特性。這樣，開發(fā)使用其可分離均質(zhì)材料的方法是重要的和活躍的研究 領(lǐng)域。
[0084] 本實(shí)施例提供關(guān)于利用若干特征分離單壁碳納米管的方法，所述特征包括，但不 限于：
[0085] 1)嵌入基體（例如，微粒）中的磁性納米顆?；蚣{米顆粒集合，所述基體還用作基 于碳的納米結(jié)構(gòu)體的吸附劑。
[0086] 2)可對(duì)一種特定的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體（例如金屬性、半導(dǎo)體性、或特異性（n，m) 金屬性或半導(dǎo)體性SWNT)展示高的親和性的吸附劑。該親和性還可延伸到它們的光學(xué)異構(gòu) 體；
[0087] 3)納米顆粒可作為超順磁性的納米顆粒、鐵磁性的納米顆?；騺嗚F磁性的納米顆 粒存在，和/或以芯-殼構(gòu)造存在；
[0088] 4)在芯-殼型磁性納米顆粒的情況中，所述芯可為磁性的且所述殼可作為包括 Au、SiOx或可促進(jìn)SWNT通過(guò)電子類型的選擇性結(jié)合的其它材料的若干形式之一存在；
[0089] 5)包括納米顆粒基體的顆?？蔀槎嗫椎幕蛘咭云渌绞斤@示有高的表面積化學(xué)， 其促進(jìn)到一種特定的SWNT類型的表面的結(jié)合；
[0090] 6)該化學(xué)可尤其是共價(jià)的（例如芳基重氮鹽）或非共價(jià)的且可包括，但不限于，富 電子的化學(xué)基團(tuán)、孤對(duì)電子、或優(yōu)先吸附機(jī)理；
[0091] 7)從非均質(zhì)混合物分離SWNT物質(zhì)可以分批制備或以連續(xù)流制備實(shí)現(xiàn)；
[0092] 8)吸附劑可具有使得它們可消除廣泛使用的用于從碳納米管的成束聚集體純化 碳納米管的超速離心機(jī)方法的性質(zhì)。超速離心法是昂貴的且難以以從成束聚集體純化單獨(dú) 地懸浮的SWNT所要求的實(shí)用水平規(guī)?；╯cale)的方法。吸附劑可用于將這些物質(zhì)從溶 液中選擇性地拔出，留下所述束用于進(jìn)一步的加工和再循環(huán)；和
[0093] 9)描述的用于分離SWNT物質(zhì)的方法與本文中描述的規(guī)模化技術(shù)例如磁分離、高 梯度磁分離（HGMS)和/或磁過(guò)濾是相容的。
[0094] 應(yīng)理解，盡管本實(shí)施例集中于分離SWNT，但這決不是限制性的，且本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員能夠?qū)⑦@些技術(shù)應(yīng)用于其它類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體。
[0095] 磁件顆粒:磁性顆粒，不論是納米、微米還是宏觀水平的，是可用于生物成像、傳 感和用于材料分離的通用（多用途）材料。若干磁性納米顆粒系統(tǒng)已被開發(fā)，其通常可應(yīng) 用于從材料混合物和雜質(zhì)選擇性地分離獨(dú)特的（不同的）物質(zhì)。使用這些磁性顆粒，可使 用磁場(chǎng)簡(jiǎn)單地和容易地進(jìn)行這樣的純化和分離。該方法與同樣在本文中說(shuō)明的其它化學(xué)合 作使用。
[0096] 迄今為止，單獨(dú)分散的SWNT溶液的制備已大大依賴于作為純化方法的超速離心 法。然而，超速離心法是危險(xiǎn)的、昂貴的且對(duì)于規(guī)?；詽M足工業(yè)要求是困難的（如果不是 不可能的話）。這里，本文中描述的方法可繞開該純化步驟并依賴于選擇性吸附磁珠以分離 這樣的純化的單獨(dú)分散的SWNT溶液。
[0097] 與特異性SWNT物質(zhì)的共價(jià)鍵的形成是在材料分離中特別有用的強(qiáng)有力的工具。 共價(jià)鍵的強(qiáng)度使得它們甚至在涉及相對(duì)強(qiáng)的力（包括強(qiáng)的磁場(chǎng)和大的重力）的分離方法中 也是有用的。在本實(shí)施例中討論用于建立選擇性的共價(jià)鍵形成的若干方法，特別是在SWNT 的情況下。這些包括，但不限于，重氮化學(xué)和點(diǎn)擊化學(xué)。
[0098] 除利用共價(jià)鍵形成的那些化學(xué)以外，可使用非共價(jià)力幫助SWNT分離。盡管這些鍵 與基于共價(jià)化學(xué)的分離可用的同樣大的力是不相適應(yīng)的，但對(duì)于"更溫和"的分離方法，這 些力通常是可應(yīng)用的。像對(duì)于共價(jià)化學(xué)一樣，這些分離方法也可包括磁力，但與較高的磁力 或重力通常是不相適應(yīng)的。然而，這些化學(xué)還包括基于選擇性粘附和吸附的分離。
[0099] 在建立選擇性結(jié)合之后，可使用一種或若干種不同的技術(shù)和/或方法來(lái)實(shí)現(xiàn)磁分 離的材料。這些方法可包括磁分離、高梯度磁分離（HGMS)和/或磁過(guò)濾。各方法包括施加 磁場(chǎng)以將所述磁性微粒和它們的結(jié)合的材料或"有效負(fù)載"轉(zhuǎn)移和分離。
[0100] 非限制件實(shí)施方式：
[0101] I)磁性顆粒形成：
[0102] 磁性顆粒先前已被成功地用于多種材料分離方案。磁性顆?？删哂蟹秶鷱膸准{米 到數(shù)百微米和更大的直徑。一般而言，使用簡(jiǎn)單的磁分離不能永久地俘獲具有小于或等于 70nm的直徑的磁性納米顆粒，包括顆粒簇。就是說(shuō)，低于該尺寸限度，超過(guò)自由能所必需的 磁場(chǎng)超越大多數(shù)磁體的能力。該事實(shí)通過(guò)由方程1描述的磁力方程說(shuō)明：
[0103] Fm = UtlVpMp · VH (方程 1)
[0104] 其中Fni為施加在顆粒上的磁力，μ ^為自由空間的磁導(dǎo)率，Vp為顆粒體積，Mp為顆 粒的磁化強(qiáng)度，且H為顆粒位置處的磁場(chǎng)。
[0105] 本文中開發(fā)的納米顆粒通常具有，但不限于，擁有超過(guò)50nm的平均直徑的那些。 該顆?？砂ǎ幌抻?，金屬性納米顆粒-聚合物絡(luò)合物（復(fù)合物）、納米顆粒簇、大的金 屬性納米顆粒、金屬合金磁性納米顆粒、和芯-殼納米顆粒。這樣的磁性納米顆粒簇的實(shí)例 可在圖1中看到。磁性組分可包括Fe 304、Fe203、Fe、和/或Cu。在磁性芯-殼納米顆粒的 情況中，所述芯可包括Fe 304、Fe203、Fe、Cu等且所述殼可包括Au、Ag、SiO x、聚合物包覆層等。 類似地，這些芯-殼顆粒可包括被包括？630446 203、？6、(：11等的殼包覆的由41138、510!￡、聚 合物包覆層等構(gòu)成的芯。這樣的包覆的磁性納米顆粒的實(shí)例可在圖2中看到。這里，可看到 具有?IOnm的直徑的納米顆粒具有擁有Au包覆層（厚度?I. 5nm)的磁性芯（Fe3O4, d? 7nm)。該Au包覆層導(dǎo)致這樣的納米顆粒溶液的紅顏色。
[0106] 圖I. a)使用聚丙烯酸可使具有?IOnm的平均直徑的Fe3O4納米顆粒簇集；b)這 些簇經(jīng)常具有> 70nm的直徑，其為對(duì)于成功的磁分離的大致下限；c)這樣的磁分離快速地 發(fā)生，經(jīng)常在小于15分鐘內(nèi)，且可通過(guò)將磁性納米顆粒/簇溶液放置于磁場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)。
[0107] 圖2. a)芯/殼磁性納米顆粒的非限制性實(shí)例為具有Fe3O4芯和Au殼的顆粒；b) 在該圖中，可看到具有?IOnm的直徑的納米顆粒具有擁有Au包覆層（厚度?1.5nm)的磁 性芯（Fe 3O4, d?7nm) ;c) Au殼導(dǎo)致這樣的納米顆粒溶液帶紅顏色?？赏ㄟ^(guò)簡(jiǎn)單地使用外 部磁場(chǎng)收集這些納米顆粒。
[0108] 這樣的磁性顆?？勺鳛榘x擇性地結(jié)合或鍵合到特定類型的SWNT的多種組分 的絡(luò)合物結(jié)構(gòu)的一部分形成，或者可進(jìn)一步用選擇性地結(jié)合或鍵合到特定類型的SWNT的 多種組分官能化。磁性組分可共價(jià)連接到這些組分或者可吸附到提供SWNT的所需選擇性 結(jié)合的組分或骨架之上或之中。結(jié)合到多孔聚合物骨架（例如，微粒）的磁性納米顆粒的 實(shí)例可在圖3中看到。
[0109] 圖3. a)Fe3O4顆粒沉積在多孔聚合物基體上。該沉積使得這樣的基體是磁性的且 可因此用于從溶液或混合物分離這樣的聚合物；b)TEM圖像證明這些納米顆粒在整個(gè)聚合 物結(jié)構(gòu)中成功地沉積在側(cè)壁上且它們具有?7-10nm的平均直徑（c)。
[0110] II)基于非超速離心法的SWNT純化：
[0111] 從大的聚集體、束和金屬性的或其它的雜質(zhì)純化良好分散的單獨(dú)SWNT和小的成 束SWNT在歷史上依賴于在超過(guò)30, OOOrpm的速度下的超速離心法。該方法具有若干缺點(diǎn)。 首先，由于所產(chǎn)生的極端的力，在這些速度下的超速離心法潛在地是非常危險(xiǎn)的。此外，超 速離心機(jī)是非常昂貴的。單一的超速離心機(jī)可花費(fèi)超過(guò)$30, 000。而且，關(guān)于目前的純化方 法，各超速離心機(jī)限于在約4小時(shí)超速離心之后產(chǎn)生?250ml純化的材料。這嚴(yán)重地限制 依賴于該方法的任何過(guò)程的可規(guī)?；?。這樣，從工程可規(guī)?；缘挠^點(diǎn)，找到從SWNT漿 料/混合物純化單獨(dú)分散的SWNT的方法一直是備受追捧的目標(biāo)。因此，現(xiàn)在描述在不使用 超速離心法的情況下制備這樣的良好分散的溶液的方法。
[0112] 本實(shí)施例中描述的方法采用磁性微粒（例如，珠），其充當(dāng)SWNT的選擇性吸附劑。 示例性的珠可在圖3中看到。這里，F(xiàn)e 3O4納米顆粒接枝到丙烯葡聚糖凝膠HR S-200骨架 的表面上。所得磁珠顯示有擁有骨架的多孔結(jié)構(gòu)，其展示SWNT材料相對(duì)于它們的更大和更 無(wú)定形的雜質(zhì)的選擇性吸附/粘附。認(rèn)為該選擇性由相對(duì)于雜質(zhì)，SWNT對(duì)磁珠的骨架具有 更高的結(jié)合能導(dǎo)致。更大的雜質(zhì)由于簡(jiǎn)單的尺寸排阻原理不受珠骨架的表面區(qū)域的許多的 影響也是可能的。該選擇性最終提供以避免超速離心法的使用的相對(duì)簡(jiǎn)單和容易且可規(guī)模 化的過(guò)程純化SWNT溶液的路線。展示示例性方法的概要顯示于圖4的a中。這里，將十二 烷基硫酸鈉（SDS)與固體SWNT樣品混合，隨后超聲處理。然后將所得SDS-SWNT漿料與如 所形成的磁珠混合并容許溶液徹底地混合。在徹底混合之后，將所述樣品放置于用于將磁 珠和任何吸附的材料一起磁分離的磁場(chǎng)中。將上清液材料（例如，參見圖3)傾析并將所述 珠用在超純H 2O中的1-2重量％ SDS洗滌且再磁分離。在該洗滌步驟之后，通過(guò)添加"解吸 劑"進(jìn)行吸附的材料的洗脫。這里，該洗脫是使用在超純H2O中的5重量％ SDS或2重量％ 膽酸鈉（SC)完成的。在徹底混合之后，將所述珠再次磁分離并提取洗脫的材料。
[0113] 這樣的磁分離和洗脫的材料的提取可在圖4的b中看到。在該圖中，如所超聲處理 的SDS-SWNT材料和已在4°C下經(jīng)歷IOOOrpm離心1小時(shí)的SDS-SWNT兩者都已被純化。該純 化最終產(chǎn)生圖4的c中顯示的光譜。從該光譜明晰的是，可使用該方法分離純化的SDS-SWNT 材料。
[0114] 圖4. a)概述使用選擇性吸附磁珠提取純化的SWNT溶液的總體方法；b)在遵循這 樣的方法之后，可分離單獨(dú)地良好分散的SWNT的純化的樣品；c)可利用光吸收光譜法證明 這樣的良好分散的單獨(dú)SWNT樣品的所得純化。
[0115] III)示例性的共價(jià)化學(xué)（重氮、點(diǎn)擊化學(xué)等）：
[0116] 共價(jià)化學(xué)可如通過(guò)電子類型提供用于分離SWNT的有用路線。通常，基于碳的納米 材料的電子結(jié)構(gòu)取決于所述材料的尺寸、以及碳原子的連接性。若干化學(xué)（其包括，但不 限于，涉及重氮鹽的那些）以使得反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)高度取決于碳質(zhì)基材的電子結(jié)構(gòu)的方式反 應(yīng)。因此，這樣的化學(xué)提供經(jīng)由其通過(guò)電子類型分離SWNT的有用路線。先前，這樣的化學(xué) 已與自由溶液電泳和密度梯度超速離心法一起使用以產(chǎn)生富含金屬性和半導(dǎo)體性物質(zhì)的 納米管溶液。這里，將這樣的化學(xué)與特別設(shè)計(jì)的電磁上敏感的納米顆粒一起利用，以使得實(shí) 現(xiàn)SWNT通過(guò)電子類型的大規(guī)模分離。
[0117] 在第一途徑中，可設(shè)計(jì)納米顆粒，其具有能夠進(jìn)行與SWNT的電子選擇性的和不可 逆的反應(yīng)的官能團(tuán)。這樣的官能團(tuán)包括，但不限于重氮鹽。由于被利用的納米顆粒響應(yīng)于 電磁場(chǎng)，因此該途徑容許SWNT通過(guò)電子類型的直接的（和任選地立即的）反應(yīng)和分離。
[0118] 在第二途徑中，可利用雙官能分子，其擁有電子選擇性基團(tuán)例如重氮離子、以及能 夠與電磁上敏感的納米顆粒共價(jià)結(jié)合的第二部分。這樣的技術(shù)要求兩個(gè)反應(yīng)步驟，但可使 得實(shí)現(xiàn)在初始的電子選擇性反應(yīng)期間更大的化學(xué)計(jì)量精確性。對(duì)于其中選擇性地反應(yīng)的 SWNT被束縛到電磁上敏感的納米顆粒的第二反應(yīng)步驟，偶聯(lián)反應(yīng)可以高的選擇性和高的轉(zhuǎn) 化率兩者進(jìn)行。點(diǎn)擊化學(xué)（其包括，但不限于，銅催化的疊氮化物-炔烴偶聯(lián)）展示這樣的 特性且因此可用于該步驟中。通過(guò)將這樣的偶聯(lián)化學(xué)與適當(dāng)?shù)碾娮舆x擇性反應(yīng)組合，可通 過(guò)電子類型可規(guī)模化地分離SWNT。使用途徑二將磁敏感的顆粒連接到SWNT的能力顯示于 圖5中。
[0119] 圖5.對(duì)于SWNT的磁分離的兩種實(shí)驗(yàn)路線的描繪。在途徑1 (頂部的）中，氧化鐵 簇可用電子選擇性部分例如重氮鹽直接改性。第二途徑（底部的）利用小的雙官能分子進(jìn) 行初始的選擇性反應(yīng)，接著進(jìn)行隨后的SWNT-納米顆粒偶聯(lián)反應(yīng)。
[0120] 圖6.展示將Fe3O4納米顆粒點(diǎn)擊到碳納米管上的能力，如通過(guò)TEM(頂部的）證明 的，以及操縱納米管的分散溶液的能力（底部的）。
[0121] IV)示例性的非共價(jià)化學(xué)（包括丙烯葡聚糖凝膠、胺化表面等的粘附）：
[0122] 非共價(jià)化學(xué)也可用于選擇性地結(jié)合SWNT。這些化學(xué)包括選擇性粘附和吸附。SWNT 的非共價(jià)結(jié)合暗示較低的結(jié)合能且因此將要求基于較低的力的分離方法。盡管所述方法自 身可類似于在共價(jià)結(jié)合的材料的情況中使用的那些，例如磁場(chǎng)，但通常所述力可較低以保 持結(jié)合。較低的結(jié)合能可為有利的，尤其是當(dāng)考慮容易移除結(jié)合的材料時(shí)。這在其中一些 碳物質(zhì)的選擇性結(jié)合包括感興趣的材料的選擇性結(jié)合的若干情況中是重要的。圖7展示 使用磁場(chǎng)的這樣的分離，其可利用簡(jiǎn)單的永久條形磁體實(shí)現(xiàn)。磁分離材料選擇性地結(jié)合到 碳納米管的半導(dǎo)體性物質(zhì)，然后可利用從所述磁體施加的磁場(chǎng)從所述混合物移除（圖7的 a)。然后可提取磁性納米管并且可經(jīng)由使用保持溶液中的懸浮液的溶液相分離方法移除結(jié) 合到磁分離材料的半導(dǎo)體性納米管（圖7的b)。在示例性的實(shí)驗(yàn)中，作為分離的證據(jù)，取得 分離的材料的吸收光譜且所述光譜明顯地顯示純的半導(dǎo)體性的或純的金屬性的物質(zhì)（圖7 的c)。令人感興趣地，除如圖7中的情況的使用超速離心的SDS-SWNT樣品展示這樣的分離 之外，還使用其中未實(shí)施離心的SDS-SWNT樣品展示該分離（圖8)。在該情況中，所述SWNT 樣品通過(guò)電子類型被同時(shí)純化和分離。最終，兩種分離方法都是高度可規(guī)?；?；將在本公 開內(nèi)容的稍后部分中討論對(duì)于這樣的高生產(chǎn)量分離方案可實(shí)施的磁分離方案。通常，感興 趣的SWNT的移除包括，但不限于：簡(jiǎn)單溶液相技術(shù)，其容許通過(guò)將結(jié)合的絡(luò)合物磁分離并 將其浸漬到溶液中而移除材料，所述溶液破壞碳材料和磁性絡(luò)合物之間的締合（如以上所 展示的）；以及用于機(jī)械地破壞該締合的施加更高的力的技術(shù)。
[0123] 圖7. (a)顯示磁分離材料在兩個(gè)條形磁體的磁場(chǎng)中的響應(yīng)的圖片，其然后容許金 屬性碳納米管（m-SWNT)與半導(dǎo)體性碳納米管（s-SWNT)的簡(jiǎn)單分離；(b)顯示大量的分離 的碳納米管的圖片；（c)起始混合材料（SWNT原料，i)、以及分離的半導(dǎo)體性（s-SWNT，ii) 和金屬性（m-SWNT，iii)碳納米管的吸收光譜。
[0124] 實(shí)際的分離材料由結(jié)合到能夠可逆地結(jié)合感興趣的碳材料的分子或聚合物的磁 性顆粒構(gòu)成。該結(jié)合將包括使用容許其中一些碳材料具有比其它碳材料強(qiáng)的與磁性顆粒的 相互作用的競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合機(jī)理的材料的能力。例如，具有存在于所討論的非均質(zhì)混合物中的 納米管的一種物質(zhì)相對(duì)于其它物質(zhì)的不同的相互作用強(qiáng)度的能力。以該方式，可使用單一 磁分離材料分離基于碳的納米材料的單獨(dú)的物質(zhì)和/或形式。該機(jī)理可經(jīng)由如下工作：從 混合物耗盡（減少）最強(qiáng)相互作用的材料及其提取，然后耗盡（減少）第二強(qiáng)相互作用的 碳材料等。然而，其它方案也是可能的，其中感興趣的材料不結(jié)合或者一組材料結(jié)合但另一 組不結(jié)合，如在金屬性納米管與半導(dǎo)體性納米管的分離中的情況。
[0125] 圖8.由于懸浮的，完全未離心的SDS-SWNT可直接與這樣的吸附劑一起使用以產(chǎn) 生以協(xié)同過(guò)程根據(jù)電子類型純化和分離的SWNT樣品。此外，該過(guò)程不涉及復(fù)雜的程序；所 要求的是SWNT懸浮，與我們的磁珠混合，傾析，解吸，和最后的傾析以大的量產(chǎn)生這樣的電 子分離的樣品。
[0126] 用于選擇性吸附/粘附過(guò)程的材料自身包括，但不限于，如下的形式：與 N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)的烯丙基葡聚糖、和其它胺化化合物，其連接到磁性顆粒使 得材料現(xiàn)在是碳結(jié)合組分與磁性顆粒的混雜材料。這樣的材料的實(shí)例包括結(jié)合到聚合物例 如丙烯葡聚糖凝膠200-HR的磁鐵礦納米顆粒。
[0127] V)磁分離/分開和規(guī)?；?br> [0128] 在已實(shí)現(xiàn)選擇性的結(jié)合/鍵合之后，可使用一個(gè)或多個(gè)磁分離步驟實(shí)現(xiàn)磁分離/ 分開。這些可包括，但不限于，磁分離、高梯度磁分離（HGMS)、和/或磁過(guò)濾。磁分離涉及如 下，但不是由如下限定：將一批或樣品放置在磁場(chǎng)中并提取具有"載荷"或結(jié)合的碳組分的 磁性顆粒。替代地，可使用磁場(chǎng)分離該磁性組分，然后可移除非磁性材料，如通過(guò)傾析。這 樣的磁分離的實(shí)例顯示于圖4、6和7中。HGMS可涉及使用可提供大的磁梯度的高表面積 材料；然后可將包含磁性的和選擇性地結(jié)合的顆粒的非均質(zhì)材料放置在高的磁梯度中并分 離。在這種情形中，然后可移除非磁性的且因此未結(jié)合的材料，且然后可通過(guò)簡(jiǎn)單地從磁場(chǎng) 移除分離的材料而收取所述分離的材料。磁過(guò)濾可包括在非均質(zhì)溶液相混合物中的特異性 碳材料結(jié)合到磁性顆粒，然后使其流速或方向改向。這樣的方法的實(shí)例可在圖9和10中看 至IJ。在圖9中，SWNT漿料/混合物與磁珠組合并流動(dòng)通過(guò)成型為"Y"的腔室。這容許磁珠 和任何結(jié)合的材料通過(guò)相對(duì)于雜質(zhì)將它們的流動(dòng)導(dǎo)向而分離，所述雜質(zhì)可為其它金屬性的 或碳雜質(zhì)，包括不同電子類型或手性的SWNT。類似地，圖10展示其中磁珠和懸浮的SWNT通 過(guò)反向的流動(dòng)混合的裝置。如圖9中那樣，利用磁場(chǎng)將具有其"有效負(fù)載"的磁珠的流動(dòng)導(dǎo) 向使得其可被分離和提取。
[0129] 最后，磁分離可通過(guò)如下實(shí)現(xiàn)：將可能被一些可移動(dòng)的保護(hù)性護(hù)套保護(hù)的源磁體 放置在樣品液體中以分離和收集具有其有效負(fù)載的磁性材料。這可在靜止的或流動(dòng)的液體 樣品中實(shí)現(xiàn)。在分批分離的情況中，可收集和保持磁性材料，而將上清液或未吸附的材料傾 析或以其它方式提取。替代地，該提取可通過(guò)移除附有有效負(fù)載材料的磁體而實(shí)現(xiàn)。在（可 能重復(fù)地）移除具有結(jié)合的有效負(fù)載的磁體之后，可從護(hù)套移除磁體并且被遞送到無(wú)論怎 樣的容器或供替換的溶劑的有效負(fù)載材料是所需的。在許多情況中，該溶劑將首先是洗滌， 隨后進(jìn)行重復(fù)的磁移除和沉積到其條件對(duì)于有效負(fù)載材料的解吸是適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中。
[0130] 圖9顯示SWNT漿料/混合物與磁珠組合并流動(dòng)通過(guò)Y-形分離器。這容許磁珠和 任何"有效負(fù)載"材料通過(guò)相對(duì)于其它金屬性的或碳雜質(zhì)將它們的流動(dòng)導(dǎo)向而分離。
[0131] 圖10顯示其中磁珠和懸浮的SWNT通過(guò)反向的流動(dòng)而混合的裝置的圖解。這里， 利用磁場(chǎng)將具有其結(jié)合的"有效負(fù)載"的磁珠的流動(dòng)導(dǎo)向使得其可被分離。
[0132] 圖11顯示其中被裝在塑料或替換性的殼中的磁"棒"被直接放置在流動(dòng)的或靜止 的包含磁珠的流體中并用于磁分離/聚集的方案。
[0133] 圖14和15顯示分離的碳納米管的數(shù)據(jù)和圖片，其中使用本文中描述的方法和系 統(tǒng)分離97mg純化的納米管。
[0134]

【權(quán)利要求】
1. 將第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體與至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體至 少部分地分離的方法，包括： 提供多個(gè)多孔微粒，其中所述多個(gè)多孔微粒各自包括與所述微粒締合的多個(gè)納米顆 粒； 使所述多個(gè)多孔微粒暴露于基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物，所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體 的混合物包括所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體和所述至少一種第二類型的基于碳的 納米結(jié)構(gòu)體，其中所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體以比所述至少第二類型的基于碳的 納米結(jié)構(gòu)體大的程度被吸引到所述多孔微粒和/或與所述多孔微粒締合；和 從所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物至少部分地分離所述多孔微粒，由此收集一批富 含所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體。
2. 制品，包括： 多孔微粒；和 與所述多孔微粒締合的多個(gè)納米顆粒，其被選擇以促進(jìn)所述微粒從介質(zhì)的分離。
3. 如任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體為納米管。
4. 如任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體為單壁碳納米管 或多壁碳納米管。
5. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體為金屬 性的。
6. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中所述至少一種第二類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu) 體為非金屬性的或基本上非金屬性的。
7. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中所述多個(gè)多孔微粒與所述多個(gè)納米顆粒締 合。
8. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中與所述多孔微粒締合的所述多個(gè)納米顆粒被 選擇以促進(jìn)所述微粒從介質(zhì)的分離。
9. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中所述多個(gè)納米顆粒為磁性的。
10. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中所述多個(gè)納米顆粒為鐵磁性的、亞鐵磁性 的、順磁性的、或超順磁性的。
11. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中所述多個(gè)多孔微粒具有約1 U m-約500 y m、 ^ 40 u m- ^ 500 u m> 50 u m- 500 u m> 40 u m- 40 u m> 50 u m- 400 u m> 40. m_ 約 300 u m、約 50 u m_ 約 300 u m、約 50 u m_ 約 200 u m、或約 50 u m_ 約 100 u m 的平 均尺寸。
12. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中所述多個(gè)納米顆粒具有約lnm-約lym、約 lnm-約 500nm、約 lnm-約 400nm、或約 lnm-約 200nm、約 lnm-約 100nm、約 lnm-約 50nm、約 10nm-約 50nm、約 10nm-約 40nm、約 10nm-約 30nm、或約 15nm_ 約 25nm 的平均尺寸。
13. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，進(jìn)一步包括至少一個(gè)洗滌步驟。
14. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，進(jìn)一步包括在使所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體暴露 于所述多個(gè)多孔微粒之前將所述基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的混合物分散。
15. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中使用磁技術(shù)和/或方法收集所述多孔微粒。
16. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中所述微粒包括多個(gè)官能團(tuán)。
17. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中所述至少部分地分離的步驟包括收集所述 多孔微粒，由此收集一批富含所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的基于碳的納米結(jié)構(gòu) 體。
18. 任一前述權(quán)利要求的方法或制品，其中從所述多孔微粒至少部分地分離所述一批 富含所述第一類型的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體的基于碳的納米結(jié)構(gòu)體。
【文檔編號(hào)】C01B31/02GK104428245SQ201380036164
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月7日
【發(fā)明者】M.S.斯特拉諾, T.P.麥克尼古拉斯, A.J.希爾默, R.M.賈因, K.C.特瓦爾迪 申請(qǐng)人:麻省理工學(xué)院