[發明專利]一種制備內嵌碳納米管銅基復合顆粒的方法

無效

• 申請號: 200710035123.9
• 申請日: 2007-06-13
• 公開（公告）號: CN101069928A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發明（設計）人: 陳小華;許龍山;潘偉英;劉一錚;張少鵬;易斌;王巖國
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及一種內嵌碳納米管的銅基復合顆粒的制備方法。

背景技術

碳納米管優異的導電、導熱以及高比強度、低密度和低熱膨脹系數，使得它不僅在作為高分子材料的增強體，而且作為金屬基復合材料增強體方面都顯示出了巨大的應用潛力。然而，相對于高分子復合材料體系而言，碳納米管增強金屬基復合材料的研究面臨更大的困難。與傳統的碳材料相比，碳納米管不但存在類似的與基體浸潤性差、容易出現偏聚等問題，而且還由于尺寸小，更難實現單分散。直接采用傳統的粉末冶金法或熱壓法、熔鑄法，難以避免相分離和團聚的難題。對于固相混合，尺寸和比重的差異將導致碳納米管團聚和偏聚難以避免。燒結成型時，由于兩者較差的相容性和銅的塑性流變，導致更嚴重的偏聚。對于液相混合，液體銅與碳增強體相互之間難以潤濕，也不會反應生成化合物，更易造成碳納米管偏聚甚至上浮等問題。利用傳統碳纖維增強金屬基復合材料時，通常需對碳纖維進行鍍層預處理，然后通過粉末冶金法或熱壓法、熔鑄法等工藝成型。然而，這種方法對于碳納米管來說并不適用，因為碳納米管直徑僅為納米級，在其表面進行金屬層鍍覆難以達到均勻、致密，而大規模的鍍覆更難保證包覆層連續和致密，團聚現象仍無法避免；此外人們還期望通過先進的成型工藝來提高復合材料的性能，如采用等離子體火焰燒結工藝，雖然可以提高致密度，但碳納米管仍難以均勻分布。這些困難極大地制約著碳納米管增強金屬基復合材料的研發。因此研究開發新的復合技術路線就具有重要意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有碳納米管與金屬難以復合難題，提出一種內嵌碳納米管銅基復合顆粒的制備方法，使碳納米管嵌鑲在顆粒內，呈網絡分布，并與銅形成化學鍵合；顆粒內嵌埋碳納米管可避免碳納米管團聚，增強與基體的牢固結合，極大地改善其流動性和可壓性，使成型加工的難度降低，為解決目前存在的制備這類材料的工藝難題提供一條有效的途徑，同時也為其它類納米復合材料的制備提供有益的啟示。

本發明的技術解決方案是，所述制備內嵌碳納米管銅基復合顆粒方法的步驟是：

1)將直徑范圍在10—40納米的碳納米管用濃度為96％—98％的分析純濃硫酸和濃度為65％—70％的分析純濃硝酸混合液在100℃下加熱回流1.8—2.2小時，過濾后的沉淀物再用濃度為35％—40％的分析純鹽酸在100℃下回流1.8—2.2小時，最后用去離子水沖洗，使濾液pH值至中性后，烘干研磨得經混酸處理的碳納米管；所述濃硫酸與濃硝酸的體積比為3∶0.9—1.1；

2)將0.1g所述經混酸處理的碳納米管溶于10ml-100ml明膠溶液中，明膠溶液濃度為0.01g/ml-0.15g/ml，然后將其置于30-80℃水浴，超聲分散混合溶液2.8小時—3.2小時，制得超級均勻分散的含碳納米管明膠溶液；

3)將所述含碳納米管明膠溶液置于干燥箱中，于30-120℃下烘烤2-6小時后取出，得明膠包覆的碳納米管細粉；

4)將0.1克所述明膠包覆的碳納米管細粉溶于20-160ml去離子水中，同時加入2-20ml、0.01g/ml-0.15g/ml的聚乙二醇，再依次加入10ml-100ml、0.1M-1.2M的硫酸銅溶液和10ml-100ml、0.1M-1.2M的葡萄糖溶液，得混合溶液；

5)將所述混合溶液超聲處理1-3小時后，轉移到恒溫水浴鍋中20-90℃加熱并同時攪拌1-4小時，然后利用離心機洗滌分離出沉淀物，并在真空干燥箱中干燥，得固體產物；

6)將上述固體產物放于電阻爐中，在氫氣氛中200～700℃下反應1～4小時，然后自然冷卻，即得到復合顆粒。

所述的碳納米管可以是單壁或多壁的碳納米管。