[發明專利]一種三維立體宏觀碳納米管網的制備方法

無效

• 申請號: 201010175749.1
• 申請日: 2010-05-19
• 公開（公告）號: CN101837970A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 江奇;盧曉英;趙勇
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82B3/00
• 代理公司: 成都博通專利事務所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明涉及碳納米管材料的制備方法。

背景技術

自從1991年日本科學家lijima首次發現碳納米管以來，以其獨特的物理和化學性質以及準一維狀分子結構，迅速成為物理、化學和材料科學交叉領域研究的熱點，在科學研究和產業應用上越來越受到人們的廣泛關注。

碳納米管的制備主要有以下幾種方法：石墨電弧法、催化裂解法、激光蒸發法等。原始制備出的碳納米管常呈現團聚現象，管與管之間相互纏繞，相互交錯，這種情況下材料整體往往很難表現出單根碳納米管優異的穩定性、力學性質、導電能力。雖然碳納米管具有廣泛的應用前景，但一般條件下所制備的碳納米管在宏觀下都為粉末狀，而且碳納米管的管-管之間只是接觸式的導通，沒有化學鍵的連接，導致碳納米管優秀的導電能力及力學性能在宏觀碳納米管材料上無法發揮出來，這極大的限制了碳納米管材料的進一步應用。

已有研究者制備出“T”型、“Y”型碳納米管(如文獻Carbon?nanotube?Yjunctions：growth?and?properties，Diamond?and?Related?Materials，13(2004)241-249)。但只是局限于兩根或三根碳納米管的化學健連接，而通過化學鍵連接方式將眾多的碳納米管連接起來構成三維立體碳納米管宏觀網絡還有相當的距離。

最近吳德海等人制備出碳納米管海綿(文獻Carbon?Nanotube?Sponges，Advanced?Materials，2010，22：617-621)。他們是通過控制催化化學氣相沉積法的條件來一次性生長出碳納米管海綿，但從文章給出的數據表明，其所制備的碳納米管海綿也只是碳納米管的相互接觸，并未在接觸的碳納米管之間生成化學鍵。其制備的碳納米管海綿也只是吸附性能(油和水)，得到了提高。

發明內容

本發明的目的就是提供一種三維立體宏觀碳納米管網的制備方法。該種方法制備的碳納米管網的碳納米管之間具有化學鍵連接，整個碳納米管網的導電性能強、力學性能好。

本發明實現其發明目的所采用的技術方案是，一種三維立體宏觀碳納米管網的制備方法，其做法是：

A、將碳納米管粉末用硝酸或硫酸或者二者的混合液進行純化處理，然后超聲分散、過濾、真空干燥，得到碳納米管網前驅體；

B、碳納米管網前驅體負載用于連接的催化劑，所述催化劑為鐵、鈷或鎳，以及能在780～1200℃下還原成鐵、鈷或鎳的化合物。

C、將已負載催化劑的碳納米管網前驅體置于管式電阻爐的石英管中，在升溫的過程中，向石英管內通入氬氣或氮氣；升溫至780～1200℃時改通氫氣，保溫5～300min；然后，在600～1200℃條件下通入乙炔、甲烷、天然氣中的一種以及乙炔、甲烷、天然氣中的一種與氬氣或氮氣的混合氣5～300min；最后通入氬氣或氮氣冷卻至室溫，得到化學鍵連接的三維立體宏觀碳納米管網。

本發明方法的機理是：將現有的宏觀碳納米管粉末材料經純化和過濾處理成定型的碳納米管相互接觸的碳納米管網前驅體，然后在780～1200℃條件下通過用于連接的催化劑鐵、鈷或鎳的誘導作用，使乙炔、甲烷、天然氣中的碳原子在碳納米管之間的接觸點上形成化學鍵的連接，從而使碳納米管之間以化學鍵的方式連接在一起，制備得到帶化學鍵連接的三維立體宏觀碳納米管網。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明提出的一種三維立體宏觀碳納米管網的制備方法，通過該方法，制得碳納米管管與管之間以化學鍵連接的三維立體宏觀碳納米管網，形成化學鍵連接的四通八達的碳納米管網，較之碳納米管之間的接觸式連接，其連接更加牢固、緊密。碳納米管的優異性能能夠在宏觀的碳納米管網材料上得到充分發揮，用作導電儲能材料，其導電性能與力學性能大大提高；用于復合材料中，它既充當導電骨架又充當增強骨架，復合材料的力學性能和電學性能明顯提高；在增強材料，導電材料、儲能材料及復合材料領域具有良好的應用前景。

實驗也證明，本發明制得的碳納米管網的碳納米管之間通過化學鍵連接，具有良好的力學性能和電學性能：

一、掃描電鏡照片(圖二)表明，本發明的三維立體宏觀碳納米管網在碳納米管的管管之間(圖二中的B處)確實具有化學鍵連接。

二、儲能性能測試