[發明專利]基于電泳沉積納米聚合物復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201110094301.1
• 申請日: 2011-04-14
• 公開（公告）號: CN102181912A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 汪紅;蘇永其;姚錦元;劉啟發;張振杰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C25D13/06
• 分類號: C25D13/06
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種納米材料技術領域的方法，具體是一種基于電泳沉積納米聚合物復合材料的制備方法。

背景技術

自從1991年日本科學家Iijima發現碳納米管以來，碳納米管以其優異的力學、熱學、磁學和電學性能已成為人們研究的熱點。在過去的二十年里以碳納米管/碳納米纖維作為改性材料的復合材料有了大量研究，如金屬基碳納米管/碳納米纖維復合材料、聚合物基碳納米管/碳納米纖維復合材料。通過復合電鍍的方法可以制備金屬基碳納米管/碳納米纖維復合材料，隨著碳納米管/碳納米纖維的加入復合材料的力學性能有了明顯的改進。

目前關于碳納米管/碳納米纖維聚合物復合材料的研究主要集中在以碳納米管/碳納米纖維改善復合材料的力學、電學性能以及以復合材料作為傳感材料。由于碳納米管/碳納米纖維具有優良的力學性能，采用碳納米管/碳納米纖維作為填充材料，復合材料的力學性能(如抗拉強度、沖擊韌性、老化強度等)可以得到相當程度的改進，熱穩定性、硬度均大大提高。碳納米管/碳納米纖維具有高導電性和高的長徑比，加入少量碳納米管/碳納米纖維即可大幅度提高材料的導電性，在聚合物導電復合材料、防靜電材料和電磁屏蔽材料領域具有巨大的應用潛力。因此制備碳納米管/碳納米纖維聚合物復合材料擁有非常誘人的應用前景，目前主要是采用熔融共混法，溶液共混法，原位聚合法等制備碳納米管/碳納米纖維聚合物復合材料，所制備的復合材料力學、熱學、電學性能等發生了顯著的變化。

電泳是帶電荷的粒子或分子在外加電場中移動的現象，電泳沉積具有涂層豐滿、均勻、平整、光滑的優點，電泳漆膜的硬度、附著力、耐腐、沖擊性能、滲透性能明顯優于其它涂裝工藝。在導電的基體上電泳沉積碳納米管/碳納米纖維是一種有效的制備碳納米管/碳納米纖維薄膜的方法，在穩定的溶劑中均勻分散碳納米管/碳納米纖維是電泳沉積碳納米管/碳納米纖維的關鍵，它能在形狀復雜的基底上沉積薄膜，所制備的薄膜均勻致密與基底結合良好，目前已用于場發射器件、燃料電池、超級電容器等。Samsung公司的W.B.Choi等(W.B.Choi，etl.Electrophoresis?deposition?of?carbon?nanotubes?for?triode-type?field?emission?display[J].APPLIED?PHYSICS?LETTERS，2001，78：1547-1549.)采用電泳沉積碳納米管為場發射三電極顯示器，制備方法簡單可靠場發射效果優良。

電泳沉積碳納米管/碳納米纖維方面，目前國內外的研究中主要集中在沉積單一碳納米管/碳納米纖維薄膜材料以制備功能性薄膜，如應用于場發射器件、超級電容器和氣體傳感器等。由于電泳沉積的優點，如易于在復雜形狀的基體之上沉積制備復合材料、所制備的復合材料厚度速率可控，因而采用電泳沉積的方法為制備碳納米管/碳納米纖維聚合物復合材料提供了一種新穎的有效途徑。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基于電泳沉積納米聚合物復合材料的制備方法，所制備復合材料中碳納米管/碳納米纖維在聚合物中分散性良好、和聚合物結合較好，有效地改善了原有聚合物的性能。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明通過將碳納米管或碳納米纖維與表面活性劑混合后加水得到碳納米電泳懸浮液，然后與熟化處理后的陽極電泳涂料或者陰極電泳涂料混合后經電泳沉積和固化處理，得到納米聚合物復合材料。

所述的碳納米管或碳納米纖維經過短切、純化修飾處理，具體是指：用球磨機對碳納米管或碳納米纖維對進行球磨處理，球磨速度100-6000rpm，球磨時間-300min，然后在體積比為1∶9-9∶1的濃硫酸和濃硝酸的混酸溶液中50-120℃下回流處理1-12小時，處理完成后冷卻至室溫用大量的去離子水洗滌直至溶液呈中性。

所述的濃硫酸和濃硝酸分別是質量分數大于70％的硫酸溶液和質量分數大于65％的硝酸溶液。

所述的表面活性劑為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑或者非離子表面活性劑。

所述的熟化處理是指將陽極電泳涂料或者陰極電泳涂料和水按質量比0.2-5進行混合，再經超聲振蕩和機械攪拌12h以上得到的聚合物涂料電泳懸浮液。

所述的碳納米電泳懸浮液和陽極電泳涂料或者陰極電泳涂料的質量比為0.2-5。

所述的電泳沉積是指：在直流模式及恒壓下電泳電壓40-200V、電極間距1-10cm、電泳沉積時間30-300s、電泳懸浮液溫度25-35℃，在外電場的作用下表面帶有同種電荷的碳納米管或碳納米纖維和聚合物分子一起向電荷性質相反的電極泳動。