[發(fā)明專利]一種含氮碳納米管纖維復(fù)合材料的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210506462.1
• 申請(qǐng)日: 2012-12-03
• 公開（公告）號(hào): CN102978748A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李亞利;李洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): D01F11/14
• 分類號(hào): D01F11/14;D06M13/332;D06M13/355;D06M101/40
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 張宏祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于納米材料的，特別涉及一種含氮碳納米管纖維復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

碳管纖維相比碳纖維具有特殊的管束結(jié)構(gòu)，呈多孔結(jié)構(gòu)，可用于復(fù)合材料、催化載體和傳感等領(lǐng)域。目前，碳管纖維的制備方法主要有溶液紡絲法、陣列紡絲法和化學(xué)氣相流紡絲法，對(duì)應(yīng)的纖維內(nèi)部管束結(jié)構(gòu)不同。

溶液紡絲法是以碳管分散液為基礎(chǔ)，通過流動(dòng)萃取、針孔擠壓等方式，分散劑和碳管相互作用下組裝而形成碳管纖維。陣列紡絲法是以碳管陣列為基礎(chǔ)，通過機(jī)械拉動(dòng)方式，碳管相互作用下組裝而形成碳管纖維。化學(xué)氣相流紡絲法是以碳管氣溶膠為基礎(chǔ)，通過氣流吹塑方式，碳管相互作用下組裝而形成連續(xù)的聚集體，經(jīng)致密而成碳管纖維。

化學(xué)氣相流法制備的碳管纖維中碳管束呈有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不同于溶液紡絲法的無序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和陣列紡絲法的平行首尾搭接結(jié)構(gòu)，具有更多的應(yīng)用價(jià)值。以該有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，復(fù)合其他特殊的結(jié)構(gòu)，構(gòu)建多層次復(fù)合尺度的纖維復(fù)合材料具有重要的意義。

以化學(xué)氣相流法制備的碳管纖維為預(yù)制體，基于其特殊的有序管束網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，經(jīng)吡啶或乙二胺高溫氬氣流中處理，控制反應(yīng)時(shí)間，制備含氮碳管纖維復(fù)合材料。該纖維復(fù)合材料具有均勻多層包裹的同軸結(jié)構(gòu)或納米級(jí)顆粒均勻附著的微米管束結(jié)構(gòu)及其構(gòu)成的多孔有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于氣敏傳感、鋰電、催化載體材料等領(lǐng)域。此外含氮碳管纖維復(fù)合材料還具有優(yōu)異的電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，在于提供一種以碳納米管纖維為預(yù)制體，經(jīng)吡啶或乙二胺高溫Ar載氣氣流中處理，在碳納米管纖維孔隙中引入一定量的吡啶或乙二胺氣相氮源，控制反應(yīng)時(shí)間，制備含氮碳納米管纖維復(fù)合材料。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

一種含氮碳納米管纖維復(fù)合材料的制備方法，具有如下步驟：

（1）將碳納米管纖維靜置于石英管反應(yīng)區(qū)，通入Ar氣排空氣1h；

（2）以10°C/min速度將反應(yīng)區(qū)內(nèi)升溫至400-1000°C；

（3）控制Ar載氣氣流50-200sccm，以1-5ml/h速度通過噴嘴向反應(yīng)區(qū)注入吡啶或乙二胺液體；氮原子摩爾百分比為含氮碳納米管纖維復(fù)合材料的1.0-10.0%；

（4）控制步驟（3）的反應(yīng)時(shí)間0.5-8h，隨爐降溫，制得含氮碳納米管纖維復(fù)合材料。

所述步驟（2）的反應(yīng)溫度為500-800°C。

所述步驟（3）優(yōu)選的Ar載氣氣流為100sccm，吡啶或乙二胺的注液速度為3ml/h。

所述步驟（4）優(yōu)選的反應(yīng)時(shí)間為0.5-4h。

所述步驟（4）制得含氮碳納米管纖維復(fù)合材料為均勻多層包裹的同軸結(jié)構(gòu)或者納米級(jí)顆粒均勻附著的微米束結(jié)構(gòu)及其構(gòu)成的多孔有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供的含氮碳納米管纖維復(fù)合材料是以高溫氣相流合成法制備的碳納米管纖維為預(yù)制體，通過Ar載氣氣流帶動(dòng)液相的氮源，經(jīng)高溫氣化，通過氣固反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)有序碳管束網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的原位復(fù)合，既保留了原有的多孔有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，又在此基礎(chǔ)上形成了均勻多層包裹的同軸結(jié)構(gòu)或納米級(jí)顆粒均勻附著的微米束結(jié)構(gòu)，制備出特殊復(fù)合結(jié)構(gòu)的含氮碳納米管纖維復(fù)合材料。本發(fā)明過程簡(jiǎn)單，摻雜量可控。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)例1的含氮碳納米管纖維復(fù)合材料截面的掃描電鏡照片；

圖2是本發(fā)明的實(shí)例1的含氮碳納米管纖維復(fù)合材料截面放大的掃描電鏡照片；

圖3是本發(fā)明的實(shí)例1的含氮碳納米管纖維復(fù)合材料的透射電鏡照片；

圖4是本發(fā)明的實(shí)例6的含氮碳納米管纖維復(fù)合材料截面放大的掃描電鏡照片。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明采用高溫氣相流合成法制備的連續(xù)碳納米管纖維為預(yù)制體，如圖1所示。具體實(shí)施例如下。

實(shí)施例1