[發明專利]一種低維導電復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200910096029.3
• 申請日: 2009-01-23
• 公開（公告）號: CN101475697A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 張誠;祝軍
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C08J5/00
• 分類號: C08J5/00;C08L69/00;C08L27/16;C08L23/06;C08L23/12;C08L33/10;C08L23/16;C08L9/06;C08L7/00;C08K3/04;B29C43/58;B29C71/04;B29C71/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司
• 代理人: 黃美娟;冷紅梅

(一)技術領域

本發明涉及一種低維導電復合材料的制備方法。?

(二)背景技術

碳納米管又名巴基管，是在1991年1月由日本筑波NEC實驗室的物理學家飯島澄男使用高分辨率分析電鏡從電弧法生產的碳纖維中發現的。碳納米管具有典型的層狀中空結構特征，構成碳納米管的層片之間存在一定的夾角碳納米管的管身是準圓管結構，并且大多數由五邊形截面所組成。管身由六邊形碳環微結構單元組成，端帽部分由含五邊形的碳環組成的多邊形結構，或者稱為多邊錐形多壁結構。碳納米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，當其在聚合物基體中按特定的方向排列時，聚合物/碳納米管導電復合材料的光、電、磁及力學性能呈現高度的各向異性，可得到低維的功能材料。低維導電的聚合物/碳納米管復合材料在微電子器件、場致發射、能量存儲和轉換以及電磁波屏蔽與吸收等領域具有潛在的應用前景。?

為了制備低維導電的聚合物/碳納米管復合材料，國內外科學家開發出了多種制備方法。將碳納米管懸浮在聚合物單體溶液或有機溶劑中，通過外場(磁場或電場)的作用，可實現碳納米管的取向排列。但上述方法必須進行聚合反應或去除溶劑，不僅工藝復雜、成本昂貴，而且污染嚴重，限制了它在大多數通用聚合物材料中的應用。制備低維導電的聚合物/碳納米管復合材料，一種簡單有效的方法是通過外場的作用直接實現導電顆?粒在聚合物熔體中的取向排列。通常利用材料切片、力學拉伸、微孔紡絲等技術可實現納米碳管在聚合物基體中的取向排列，但是復合材料的種類被限制為薄膜和纖維。?

(三)發明內容

為了解決以上低維導電復合材料制備方法的局限性，本發明提供了一種簡單有效、具有工業價值的低維導電復合材料制備方法，利用電場作用下碳納米管在聚合物熔體中取向的性質，制備一種電阻率呈現各向異性的低維導電的聚合物/碳納米管復合材料。?

本發明采用的技術方案是：?

一種低維導電復合材料，由如下方法制備得到：質量比100∶0.05～50的聚合物和碳納米管經熔融共混復合、壓模驟冷后，在聚合物熔融溫度～聚合物分解溫度的溫度范圍(即聚合物熔融溫度＜T＜聚合物分解溫度)下利用電場取向獲得所述低維導電符復合材料；所述聚合物為下列之一或其中兩種以上的混合物：聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、氟化聚烯烴、三元乙丙橡膠、丁苯橡膠、天然橡膠。?

本發明還涉及所述低維導電復合材料的制備方法，所述方法如下：?

(1)于100～300℃下，將質量比100∶0.05～50的聚合物和碳納米管熔融共混5～20分鐘，制成碳納米管/聚合物復合物；所述聚合物為下列之一或其中兩種以上的混合物：聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、氟化聚烯烴、三元乙丙橡膠、丁苯橡膠、天然橡膠；?

(2)將步驟(1)碳納米管/聚合物復合物在10～20MPa條件下模塑2～10分鐘后驟冷到水中，得到復合材料樣品；?

(3)對步驟(2)復合材料樣品施加0.1～5000V/cm的直流電場，在聚合物熔融溫度～聚合物分解溫度的溫度范圍下，電場作用10～60分鐘后，將復合材料樣品在液氮中淬火或緩慢冷卻，得到具有取向結構的所述低維導電復合材料。?

所述聚合物優選為下列之一或其混合物：聚碳酸酯、聚偏氟乙烯。?

碳納米管按照石墨烯片的層數分類可分為：單壁碳納米管(Single-walled?nanotubes，SWNTs)和多壁碳納米管(Multi-wallednanotubes，MWNTs)，多壁管在開始形成的時候，層與層之間很容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷，因而多壁管的管壁上通常布滿小洞樣的缺陷。與多壁管相比，單壁管是由單層圓柱型石墨層構成，其直徑大小的分布范圍小，缺陷少，具有更高的均勻一致性。本發明所述碳納米管優選為直徑0.5～200nm、長度0.5～30μm的單壁碳納米管和/或多壁碳納米管，更優選為直徑20～30nm、長度0.5～2μm的多壁碳納米管。?

所述聚合物和碳納米管質量比優選為100∶0.05～2。?

所述步驟(3)施加電場的電場強度優選為200～1000V/cm。?

所述步驟(1)熔融共混方法為下列之一：雙輥混煉、密煉、擠出。優選為密煉。?

具體的，所述方法如下：?