[發明專利]一種載鎳多壁碳納米管的定向排列方法

有效

• 申請號: 201110095924.0
• 申請日: 2011-04-14
• 公開（公告）號: CN102275864A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 侯文生;戴晉明;張竹霞;牛梅;羅秋蘭;張凱莉;史晟
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 江淑蘭

技術領域

本發明涉及一種載鎳多壁碳納米管的定向排列方法，屬無機碳材料在高聚物基體中定向排列方法及其設備的技術領域。

背景技術

碳納米管具有獨特的結構和高長徑比，具有優異的化學物理性能，是一種優良的納米纖維增強體，可作為添加材料，實現對高聚物基復合材料的增強和功能化，由于碳納米管的大長徑比和高表面能，在高聚物基體中極易團聚和纏繞，不但起不到增強的作用，反而會形成應力集中點，導致碳納米管/高聚物復合材料的力學性能下降，影響其在高聚物基復合材料中的應用，因此，如何實現碳納米管在聚合物基體中的均勻分散和定向排列，已成了納米功能復合材料加工領域的難點。

目前，為了實現碳納米管在高聚物基體中的定向排列，其方法有機械拉伸法、電場法和磁場法等，例如：Ajayan等將碳納米管/環氧樹脂復合材料切成50-200nm的薄片，借用切片時的機械力將碳納米管排列起來，首次得到了定向排列的碳納米管復合材料；例如Jin等將多壁碳納米管加入到氯仿溶解的熱塑性高聚物中，制成懸濁液，從100℃單向拉伸至室溫25℃，實現了多壁碳納米管在熱塑性高聚物中的定向排列；例如Haggenmueller等在熔融下對高聚物/單壁碳納米管復合材料進行拉伸，實現了單壁碳納米管的定向排列；例如Dai等采用反復機械拉伸法實現了單壁碳納米管的均勻分散和定向排列；例如Chen等研究了在外加電場作用下實現了單壁碳納米管的定向排列；例如Miguel等用磁性材料包覆多壁碳納米管，通過外加磁場的作用，實現碳納米管的定向排列；李維學等將碳納米管和聚合物注入缸體內，用活塞通過層流場、磁場，壓縮，使碳納米管在聚合物中定向排列；以上研究只是進行了初步探討，有的不宜在生產實踐中應用，有的不能進行工業化生產，且工藝復雜，應用范圍較窄。

發明內容

發明目的

本發明的目的是針對背景技術的情況和缺陷，提供一種新的能進行工業化生產的多壁碳納米管的定向排列方法和設備，在外加磁場作用下，用螺桿擠出熔融造粒法，使多壁碳納米管在高聚物基體中均勻分布并定向排列，使多壁碳納米管的定向排列實現工業化生產。

技術方案

本發明所使用的化學物質原料為：聚對苯二甲酸乙二酯、多壁碳納米管、去離子水、冷卻水，其組合用量如下：以克、毫升為計量單位

聚對苯二甲酸乙二酯：PET???????????15000g±5g

多壁碳納米管：C??????????750g±1g

硝酸鎳：Ni(NO₃)₂?????????1098g±1g

去離子水：H₂O????????????200000ml±100ml

冷卻水：H₂O??????????????50000ml±100ml

多壁碳納米管定向排列方法如下：

(1)精選化學物質原料

對制備使用的化學物質材料要進行精選，并進行質量純度控制：

聚對苯二甲酸乙二酯：固態固體????99.5％

多壁碳納米管：固態固體??????????99.5％

硝酸鎳：固態固體????????????????99.5％

去離子水：液態液體??????????????99.9％

冷卻水：液態液體????????????????85.0％

(2)配置硝酸鎳水溶液

稱取硝酸鎳1098g±1g置于容器中，量取去離子水75000ml±5ml，將其緩慢加入容器中，并用攪拌器攪拌30min，使其混合均勻，成2mol/L的硝酸鎳溶液；

(3)制備載鎳多壁碳納米管

①稱取多壁碳納米管750g±1g置于容器中，加入0.2mol/L的硝酸鎳溶液75000ml±5ml，調節酸堿度，使pH＝6～7，為中性混合溶液；

②超聲分散，將容器置于超聲分散機上，進行超聲分散30min；

③離心分離，將超聲分散的混合溶液置于離心管內，進行離心分離，分離后，收集多壁碳納米管懸濁液；

④去離子水洗滌，將多壁碳納米管懸濁液置于容器中，加入去離子水10000ml，邊攪拌邊洗滌，成洗滌液；

⑤抽濾，將洗滌液置于抽濾瓶上的布氏漏斗中，用三層中速定性濾紙進行抽濾，濾紙上留存產物濾餅，洗滌液抽至濾瓶中；

⑥洗滌，抽濾重復進行10次；