[發(fā)明專(zhuān)利]一種具有光限幅特性的固態(tài)材料及制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810033831.3
• 申請(qǐng)日: 2008-02-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101259988A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐恒;潘裕柏;朱勇;向長(zhǎng)淑;寇華敏;郭景坤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C03C14/00
• 分類(lèi)號(hào): C03C14/00;C03C4/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于一種具有光限幅特性的固態(tài)材料及制備方法，屬于功能復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳納米管自1991年被日本NEC公司的S.Iijima發(fā)現(xiàn)以來(lái)(S.Iijima，Nature，354(1991)56)，因其獨(dú)特的力學(xué)性能、電學(xué)性能和光學(xué)性能(L.Liao，S.Li，ApplPhys?Lett，79(2001)4225)，一直是世界科學(xué)研究的熱點(diǎn)。近年來(lái)，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)碳納米管對(duì)激光具有寬帶光限幅特性，這預(yù)示它在激光防護(hù)方面具有良好應(yīng)用前景。L.Vivien等人研究了單壁碳納米管(SWNTs)在水/表面活性劑中形成懸浮液的光限幅行為，發(fā)現(xiàn)SWNTs在可見(jiàn)和近紅外區(qū)域都表現(xiàn)出光限幅性質(zhì)，且有較小的限幅閾值和較大的光學(xué)密度，其性能與C₆₀或碳黑相當(dāng)，甚至更好(L.Vivien，Anglaret?E，Riehl?D，et?al.Chemical?Physics?Letters，307(1999)，317)。X.Sun等人用納秒激光脈沖觀察到多壁碳納米管(MWNTs)在可見(jiàn)和紅外區(qū)域的光限幅行為(Sun?X，Yu?R?Q，Xu?G?Q，et?al.AppliedPhysics?Letters，73(1998)3632)。對(duì)碳納米管懸浮液的研究表明了碳納米管本身具有光限幅特性，但懸浮液不穩(wěn)定且不易制成器件，不方便攜帶，而固體則是穩(wěn)定和自支撐的，易于器件化。因此制備碳納米管復(fù)合材料是器件化的迫切需要。

制備碳納米管復(fù)合材料，首先必須選擇一種合適的基質(zhì)材料。一方面，光限幅材料要求對(duì)可見(jiàn)光有較高的透過(guò)性，保證人眼對(duì)環(huán)境的能見(jiàn)度以及光學(xué)儀器對(duì)正常信號(hào)的接受；另一方面，光限幅材料本身要有足夠的穩(wěn)定性和抗熱沖擊性，在激光入射的時(shí)候不被破壞。金屬材料因其不透明而不適于作為基體材料。有機(jī)聚合物容易透明且和CNTs有良好的相容性，研究人員制備了多壁碳納米管/聚甲基丙烯酸甲酯塊體復(fù)合材料(J.E.Riggs，D.B.Walker，D.L.Carroll?et?al，J.Phys.Chem.，B104，7071(2000))，研究發(fā)現(xiàn)該復(fù)合材料對(duì)532nm與1064nm的激光具有限幅效果。但是有機(jī)聚合物的力學(xué)性能差，使用溫度低，高溫下易老化，難以承受激光入射時(shí)產(chǎn)生的熱量。陶瓷材料具有耐高溫、耐腐蝕、抗沖擊、高強(qiáng)度、高硬度等一系列的優(yōu)點(diǎn)；其中，玻璃是一種廣泛應(yīng)用的光學(xué)材料，典型的體系如石英(SiO₂)，它具有透過(guò)率高，密度低，熱膨脹系數(shù)小，抗熱沖擊，環(huán)境穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，而且高溫熔化后熔融態(tài)的粘度特別大，不易被氣流沖刷流失。這種優(yōu)異的綜合性能使其廣泛應(yīng)用于光學(xué)、光電子學(xué)器件、微波介電材料、復(fù)合材料以及耐火材料等領(lǐng)域，因此適合作為基體材料。

將碳納米管摻入玻璃基質(zhì)中，制備具有光限幅性能的固體材料，目前鮮有這方面的研究報(bào)導(dǎo)。這種復(fù)合材料不僅具有碳納米管的寬帶光限幅性能，且對(duì)可見(jiàn)光有較高的透過(guò)率，在激光防護(hù)方面有良好的應(yīng)用前景，有望制備出攜帶方便的新型固態(tài)光限幅材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)目前碳納米管在光限幅方面研究的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種具有光限幅特性的固態(tài)復(fù)合材料及制備方法。本發(fā)明的一個(gè)突出特點(diǎn)在于制備了結(jié)構(gòu)功能一體化的碳納米管/玻璃復(fù)合材料，使碳納米管在激光防護(hù)方面器件化成為可能。

所述的固態(tài)復(fù)合材料由碳納米管和玻璃基質(zhì)組成的復(fù)合材料，碳納米管的質(zhì)量百分含量為0.01-1％，其余為玻璃基質(zhì)，所述的玻璃基質(zhì)為硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、氧化物玻璃、硫系玻璃或鹵化物玻璃。

所述的碳納米管的直徑為0.3-80nm，長(zhǎng)徑比至少為20∶1。

所述的碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。

制備的光限幅特性的固態(tài)材料在400-800nm可見(jiàn)光范圍，材料的透過(guò)率60-70％以上。

本發(fā)明所述的具有光限幅特性的固態(tài)復(fù)合材料可由下述兩種制備方法中的任一種制備，具體步驟是：

方法A：

(1)碳納米管懸浮液的制備

將碳納米管與表面活性劑加入到分散介質(zhì)中，超聲分散后再磁力攪拌均勻，生成碳納米管懸浮液；

(2)碳納米管/玻璃復(fù)合粉體的制備

采用下述兩種方法中的任一種：