[發(fā)明專利]納米金屬或金屬氧化物/碳納米管復合材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810034935.6
• 申請日: 2008-03-21
• 公開（公告）號: CN101255544A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 李效民;吳永慶;于偉東;徐軍;夏長泰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C23C14/18
• 分類號: C23C14/18;C23C14/02;C23C14/58;C23C14/35;C30B33/00;C30B7/10
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技術領域

本發(fā)明涉及一種納米金屬或金屬氧化物/碳納米管復合材料的制備方法，屬于納米材料領域。

背景技術

由于碳納米管(CNT)具備獨特的結構、特殊的物理和化學性能，使其從1991年被發(fā)現以來就一直引起人們廣泛關注。隨著碳納米管合成技術的日益成熟，低成本大批量生產碳納米管已經實現，由此，碳納米管與其他材料組成高性能復合材料，是碳納米管得以廣泛應用的重要方向和手段，也是國內外學者研究的重點內容之一。

碳納米管在復合材料中的應用主要集中在以下兩個方面：(1)利用碳納米管的中空結構和毛細性能、比表面積大、導電等性能將其作為載體(基質或模板)改善材料的物理性能(如磁性、導電性和光電子性能等)，可以制成結構獨特的一維納米復合材料，如納米量子線、納米電子器件、感應器件、隧道二極管、新型催化劑和電極材料等(Jitianu?A，Cacciaguerra?T，Benoit?R，etal.Carbon.2004，42，1147)；(2)利用碳納米管自身優(yōu)異的力學性能將其作為增強改善基體(金屬、陶瓷、高聚合物)材料的力學性能(Ann.Rev.Mater.Res.2003，33，419)。

以碳納米管為基質來制備復合材料的方法主要有三類，其一是直接與其他材料混合在一起得到摻雜碳納米管的復合材料；其二是通過碳納米管表面官能化獲得化學鍵合的復合材料；其三是在碳納米管表面鍍膜和把碳納米管涂覆或長在其他基底上而獲得需要的復合材料。第一類方法簡單，方便，但效率很低。第二類和第三類雖可以得到較好的復合材料，但步驟較為繁瑣，還要使用高溫加熱方法來獲得復合材料。此外，第二類方法需要對碳納米管進行氧化劑預處理，在碳納米管表面引入活性基團，但卻對碳納米管本身的電子結構造成了破壞。因此，需要探索更多適當的合成方法，在不破壞碳納米管本身電子結構的前提下，解決復合材料中碳納米管和其他材料的分散問題，以及碳納米管作為增強相與基底的結合問題。

已經有研究表明，對碳納米管進行氫等離子體處理，可以提高碳納米管的場發(fā)射性能，而本發(fā)明提出用氫等離子體對碳納米管進行預處理，在不破壞碳納米管本身的電子結構的前提下增加其表面活性，從而提高碳納米管表面吸附金屬或金屬氧化物材料的成核點密度和強度。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種金屬或金屬氧化物/碳納米管納米復合材料的簡單實用的制備方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現的：本發(fā)明提供一種金屬或金屬氧化物/碳納米管的納米復合材料的制備方法，該方法分為碳納米管的預處理、復合材料的制備及后續(xù)處理三步，但最后一步不是必須的。

(一)碳納米管的預處理

首先，對碳納米管(CNT)進行氫等離子體預處理。其設備如圖1所示。樣品臺不僅可以升降、旋轉，還可以加熱。樣品與等離子體的距離可以通過升降臺來控制，實驗中樣品臺與上電極的距離為10cm-50cm，溫度為室溫-1000℃。預處理時候可以是通入純的氫氣或氫氣和氬氣的混合氣體。對氫等離子體活化時間為30min-3h。本發(fā)明所用的碳納米管可以通過制備或購買而方便得到。混合氣體中氬氣的體積百分比為5％～30％。

(二)復合材料的制備

以上述方法處理后的碳納米管為基質，采用射頻濺射沉積法、脈沖激光沉積法、噴霧裂解法、熱蒸發(fā)法、水熱法等方法制備Fe、Co、Ni、Cu、Si、Ag、Au、Ti、Zn、Al、Mg、Ta、Pd、Mo、Sn、Pt及其氧化物納米材料。根據實驗條件的控制，可以在碳納米管表面形成金屬或金屬氧化物納米顆粒和納米薄膜。

方法之一是，采用脈沖激光沉積法，靶材選用高純金屬靶或金屬氧化物靶。靶材到襯底距離為40-50mm，襯底溫度為室溫-700℃，抽真空至真空度≥10^-3Pa以上，氧氣分壓為10^-3-20Pa(金屬氧化物膜)。

方法之二是，采用熱蒸發(fā)法，抽真空至真空度為5×10^-3Pa或更高，鎢絲溫度970℃，碳納米管襯底不加熱。

方法之三是，采用射頻濺射方法獲得上述薄膜。金屬源采用相關金屬的盤片，抽真空至5×10^-3Pa或更高，通入惰性氣體如氬氣(金屬膜)，氬氣加氧氣(金屬氧化物膜)，流量為10-100sccm，待反應室內氣壓穩(wěn)定在2-10Pa后打開射頻電源將功率調至100-400W，產生等離子體，鍍膜時間根據所需膜厚確定。