[發明專利]碳納米管/碳納米纖維植入玻璃表面的方法

有效

• 申請號: 201310032220.8
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103073192A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 丁桂甫;陳冉;王艷;劉啟發
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C03C17/00
• 分類號: C03C17/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種納米材料技術領域的方法，具體地說，涉及的是一種碳納米管/碳納米纖維植入玻璃表面的方法。

背景技術

碳納米管自1991年被日本的電子顯微鏡專家飯島(Iijima)發現以來，由于其獨特的結構和廣泛的應用，成為多個學科和領域的研究熱點。它可以看成由石墨烯片層卷成的無縫、中空管體。直徑在幾納米到上百納米，一般可以分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。碳納米纖維與碳納米管有相似的結構。碳納米管和碳納米纖維作為一維碳納米材料的典型代表，具有一系列獨特的性能，例如優越的強度和韌性，高彈性模量，高導熱性能，良好的物理和化學穩定性、特殊的電子性質、表面性質和吸附特性等。對碳納米管和碳納米纖維的的研究具有重大的理論意義和潛在的應用價值。

CNT/CNF修飾電極是CNT/CNF（碳納米管/碳納米纖維）的重要的應用之一。通過不同的方法將CNT/CNF修飾到固體電極上，制備出的碳納米管修飾電極，可擁有CNT/CNF的大比表面積、多孔性、催化活性和粒子表面帶有較多功能基團等特性,從而可對某些物質的電化學行為產生特有的催化效應。現有的CNT/CNF修飾電極主要由以下幾種方法制備:

a將CNT/CNF分散在溶劑中，形成分散液。將分散液直接滴在電極表面，溶劑揮發后獲得修飾電極。

b制備聚合物基CNT/CNF復合材料作為電極。

c在基體上濺射催化劑薄膜，再通過化學氣相沉積等方法在基體上直接生長CNT/CNF。

d制備金屬基CNT/CNF復合材料作為電極。

使用CNT/CNF分散液在電極上進行涂覆而獲得電極，工藝簡單易行，但是CNT/CNF與電極之間僅依靠范德華力，不能形成可靠的連接，使用后CNT/CNF易脫落，不能多次重復使用，電極壽命短。使用聚合物基CNT/CNF復合材料作為電極，因為聚合物的存在，無法在高溫環境和對真空度要求較高的環境下使用。同時，在電化學實驗中聚合物中的一些基團可能干擾電化學反應，使背景電流增大。通過直接生長法制備電極，CNT/CNF的形貌良好，但是通過這種方法較難得到能夠獨立支撐的稀疏陣列，并且CNT/CNF的生長需要高溫，與其他工藝兼容性差。制備金屬基CNT/CNF復合材料作為電極，可以通過復合電鍍等方法實現。2008年公開的公開號CN101109098A的發明專利提出了一種將碳納米管/碳納米纖維管植入金屬電極表層方法。該發明可以形成碳納米管/碳納米纖維一部分根植在金屬中，其余部分暴露在外，均勻分布在電極表面的“植布”效果。但是金屬基電極在使用條件上有一定的局限性。多數金屬性質比較活潑，容易被氧化，影響使用壽命。金屬電極在電化學檢測中，當掃描范圍增大時可能會參與反應，影響測試結果。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種碳納米管/碳納米纖維植入玻璃表面的方法，該方法解決了現有技術中金屬基電極的局限性，使得碳納米管一端與玻璃基底緊密結合，另一部分暴露在外，形成植入并均勻分布的“植布”在玻璃基體表層的效果。

本發明通過以下技術方案實現的，本發明包括如下步驟：

（1）將CNT/CNF、水玻璃和固化劑混合，使CNT/CNF分散均勻；

所述CNT/CNF為CNT，或CNF，或CNT與CNF的混合物。

優選地，稱取CNT/CNF、水玻璃和固化劑，使CNT/CNF的質量含量在1%~20%之間；將稱取的原料放入球磨罐中球磨，直至CNT/CNF均勻地分散于水玻璃中。

所述的原料主要參數為CNT/CNF與水玻璃的質量比，水玻璃的種類和模數，固化劑的添加量；通過調整這些參數，可以控制CNT/水玻璃復合膜(CNF/水玻璃復合膜)的性質。

所述碳納米管與水玻璃的質量比，會影響到CNT/水玻璃復合薄膜（CNF/水玻璃復合薄膜）的成膜質量。優選地，CNT/CNF與水玻璃的質量比在1:5~1：50之間，模數為3.2~4.0。CNT/CNF含量過少會使混合漿料粘度過低，難以得到完整的復合薄膜；而CNT/CNF含量過多會使混合物提前固化，無法均勻涂覆在玻璃基片上。在一定范圍內調整CNT/CNF和水玻璃的質量比，可以控制玻璃表面植布的CNT/CNF的密度。

所述水玻璃包括鈉水玻璃，鉀水玻璃，鋰水玻璃以及多種水玻璃混合。

所述水玻璃的模數，即二氧化硅與堿金屬氧化物摩爾數的比值。選用較高模數的水玻璃能提高復合薄膜的成膜質量。以鈉水玻璃為例，選用模數為3.2~4.0的鈉水玻璃。