[發明專利]碳納米管/活性碳核殼結構碳紙及其制備方法

有效

• 申請號: 201110292194.3
• 申請日: 2011-09-29
• 公開（公告）號: CN103031771A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 李清文;陳宏源;陳名海;靳瑜
• 申請（專利權）人: 蘇州捷迪納米科技有限公司
• 主分類號: D21H13/50
• 分類號: D21H13/50;D21H17/20;D21H17/65
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產權代理事務所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔;陸敏勇

技術領域

本發明涉及納米復合材料領域，尤其涉及一種碳納米管/活性碳核殼結構碳紙及其制備方法。

背景技術

納米技術是21世紀科技發展的制高點，是新工業革命的主導技術。1991年11月，日本?NEC的電鏡專家Iijima首先在高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)下發現了碳納米管，引起了人們的廣泛關注。碳納米管是由類似石墨的六邊形網格所組成的一維碳材料，管子是由單層或多層構成，直徑在幾納米到幾十納米之間，長度可達數微米，它的層片間距為0.34nm，比石墨的層片間距(0.335nm)稍大。碳納米管由于有集中分布的納米級尺寸、良好的導電性和優良的化學穩定性，因而具有極為廣泛的應用。雖然碳納米管性能優異，具有廣泛的應用，但是一般情況下碳納米管為顆粒狀或粉末狀，這對于人們的應用造成了很多不便。因此，人們發明了碳納米管膜以克服碳納米管在應用上的不足。

碳納米管紙是一種由有序或無序的碳納米管組成的厚度超過1μm的膜，其中的碳納米管具有優良的導電與傳熱性能，是各種功能復合材料的首選復合物。然而，現有的碳納米管紙仍存在表面活性不足、比表面積較小等缺陷，制約了其優異導電導熱性能的充分利用。

目前，根據應用的目的不同，對碳納米管紙中碳納米管表面的主要活化方法為用化學法在碳納米管表面引入各種功能基團或嫁接聚合物大分子，此類方法一方面不能有效地提高碳納米管紙的比表面積，另一方面有可能因為功能化引起的結構破損降低其中碳納米管本身的電導率與熱導率。

有鑒于此，有必要對碳納米管紙表面活化方法予以改進，以解決上述問題。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種碳納米管/活性碳核殼結構碳紙，該碳紙中碳納米管表面包裹有活性碳，活性碳提高了碳紙的表面活性與比表面積。

本發明的另一目的在于提供一種制備上述碳納米管/活性碳核殼結構碳紙的制備方法。

為實現上述發明目的之一，?本發明的一種碳納米管/活性碳核殼結構碳紙，所述碳紙具有由無序碳納米管構成的骨架，其中碳納米管外表面包覆有活性碳層。

作為本發明的進一步改進，所述碳紙的厚度范圍為：1μm~1000μm。

作為本發明的進一步改進，所述碳納米管的直徑范圍為：30nm?~100nm，長度范圍為：5μm~500μm。

作為本發明的進一步改進，所述活性碳層不連續地包覆在碳納米管的外表面。

為實現上述發明目的之一，本發明的一種制備碳納米管/活性碳核殼結構碳紙的方法，該方法包括如下步驟：

a.將無序納米管組成的碳納米管紙浸入到聚合物溶液中；

b.待充分浸入之后取出，然后對經過浸入處理的碳紙進行烘干，蒸發掉碳紙上附帶的溶劑；

c.將步驟b獲得的碳紙在空氣中氧化；

d.將經過氧化處理的碳紙在惰性氣體中碳化。

作為本發明的進一步改進，步驟c中所述空氣的溫度范圍為：200~300℃；所述氧化時間范圍為：1~3h；步驟d中所述碳化的溫度范圍為700~1000℃，碳化時間范圍為：1~3h。

作為本發明的進一步改進，所述聚合物溶液含有造孔物質。

作為本發明的進一步改進，將步驟d獲得的碳紙浸入稀硝酸溶液中48~96h以洗去造孔物質及造孔物質所遺留下來的顆粒，之后將碳紙取出浸入清水中浸泡48~96h以除去硝酸，待硝酸去除后進行烘干處理，獲得碳納米管/活性碳核殼結構碳紙。

作為本發明的進一步改進，所述造孔物質選自離子造孔劑、或者異質相造孔劑、或者相分離造孔劑、或者它們的組合。

作為本發明的進一步改進，步驟a中所述聚合物選自聚丙烯晴、或者聚乙烯醇、或者聚乙烯吡咯烷酮、或者聚甲基丙烯酸甲酯、或者聚苯乙烯、或者纖維素、或者殼聚糖、或者它們的組合；步驟b中所述的溶劑選自N，N-二甲基甲酰胺、或者甲基吡咯烷酮、或者水、或者乙醇、或者異丙醇、或者N-甲基吡咯烷酮、或者乙酸乙酯、或者氯仿、或者它們的組合。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：碳納米管/活性碳核殼結構碳紙為碳納米管與活性多孔碳有機結合，充分結合了碳納米管紙高導電、高導熱的特性和活性碳高比表面積、富含活性基團的特性，不但克服了碳納米管紙存在的表面活性不足、比表面積較小等缺陷，而且克服了活性碳電導率低及僅憑借自身無法構成結構完整的膜材料的缺點，這使得碳納米管/活性碳核殼結構碳紙在各種功能復合材料和器件中具有較大的應用空間。