[發(fā)明專利]碳納米管定向排列的碳納米管/合金復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310317890.4
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN103374690A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張寶慶;曹國華;劉寶忠;張亞寧;李雷;張志;米國發(fā)
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號: C22C47/14
• 分類號: C22C47/14;C22C49/14;C22C101/10
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41117
• 代理人: 楊妙琴

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于碳納米管/合金復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管定向排列的碳納米管/合金復(fù)合材料的制備方法。?

背景技術(shù)：

碳納米管（CNT）是在1991年1月由日本筑波NEC實驗室的物理學(xué)家Iijima使用高分辨率分析電鏡從電弧法生產(chǎn)的碳纖維中發(fā)現(xiàn)的。由于碳納米管獨特的結(jié)構(gòu)、極高的力學(xué)性能、優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)和化學(xué)穩(wěn)定性而引起世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，在復(fù)合材料、儲氫、傳感器、場發(fā)射等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。研究發(fā)現(xiàn)，定向排列的碳納米管表現(xiàn)出更優(yōu)異的綜合性能。如何制備結(jié)構(gòu)完整、高純度、準(zhǔn)直、定向排列的碳納米管成為制約其廣泛應(yīng)用的瓶頸，也是該領(lǐng)域內(nèi)的熱點和難點。?

目前，實現(xiàn)碳納米管在基體材料中的定向排列的方法主要有磁場法、電場法和機械法等。前兩種方法分別利用碳納米管的磁各向異性和電子結(jié)構(gòu)各向異性的特性，使得碳納米管在磁場和電場方向產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。機械法原理是流速梯度場（層流場）中，流體對碳納米管施加一個力偶，碳納米管沿著流線排列。Ajayan在Adv.Mater.7（1995）489上報道，將碳納米管與環(huán)氧樹脂混合攪拌，然后切成薄片，碳納米管沿著切割薄片的方向定向排列。L.Jin等人在Appl.Phys.Lett.73(1998)1197上報道，將碳納米管與熱塑性有機物混合，然后對其樣品兩端施加外力，使其沿軸向被拉伸，發(fā)現(xiàn)碳納米管沿拉伸方向排列。喬憲武等人機械拉伸半凝固狀態(tài)的碳納米管/聚合物復(fù)合材料，碳納米管在基體中沿同一方向排列，并且多次拉伸后碳納米管在復(fù)合材料中定向排列程度更高、分散性更好。上述方法多用于碳納米管/聚合物復(fù)合材料體系，復(fù)合材料或者為液態(tài)，或者為半流體狀態(tài)。合金材料具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，優(yōu)良的機械性能，與碳納米管制成的復(fù)合材料，潛在應(yīng)用范圍更為廣泛。然而，由于合金材料的硬度高、機械強度大和熔點高等特點，復(fù)合材料中碳納米管?的定向排列更加難以實現(xiàn)。?

發(fā)明內(nèi)容：

綜上所述，為了克服現(xiàn)有技術(shù)問題的不足，本發(fā)明提供了一種碳納米管定向排列的碳納米管/合金復(fù)合材料的制備方法，它是將碳納米管與合金材料粉末攪拌混合均勻，固結(jié)為塊體坯料，然后在真空條件下，將塊體坯料加熱到合金材料的超塑性成形溫度，最后施加外力使坯料內(nèi)形成流速梯度場，在流體剪切力的作用下，碳納米管沿流線定向排列，獲得碳納米管均勻分散并定向排列的碳納米管/合金復(fù)合材料。?

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：?

一種碳納米管定向排列的碳納米管/合金復(fù)合材料的制備方法，其中：包括以下工藝步驟：首先將碳納米管粉末與合金材料粉末按比例混合均勻，然后固結(jié)為塊體坯料；然后在真空條件下將塊體坯料加熱到合金材料的超塑性成形溫度，最后施加外力使坯料內(nèi)形成流速梯度場，在流體剪切力的作用下，碳納米管在合金材料內(nèi)沿流線定向排列，冷卻凝固后獲得碳納米管定向排列的碳納米管/合金復(fù)合材料。?

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實現(xiàn)的：所述的合金材料為具有超塑性成形能力的合金材料，包括非晶合金、鋁合金、鎂合金、低碳鋼、不銹鋼和單質(zhì)金屬。?

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實現(xiàn)的：所述的碳納米管粉末為分散性良好的碳納米管粉末。?

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實現(xiàn)的：所述的碳納米管粉末為依次經(jīng)過堿性溶液、酸性溶液以及去離子水反復(fù)沖洗后的碳納米管粉末。?

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實現(xiàn)的：所述的真空條件為真空度達(dá)到10^-3Pa以上。?

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實現(xiàn)的：所述的施加外力是指擠壓力或拉伸力。?

本發(fā)明的技術(shù)方案還可以是這樣實現(xiàn)的：所述的施加外力為擠壓力時，將混合均勻后的碳納米管粉末與合金材料粉末裝入擠壓模具內(nèi)，將擠壓模具在真空條件下加熱至合金材料的超塑性成形溫度，然后施加擠壓力形成流速梯度場，在流體剪切力的作用下，碳納米管在合金材料內(nèi)沿流線定向排列，冷卻凝固后從擠壓模具內(nèi)取出復(fù)合材料，完成碳納米管定向排列的碳納米管/合金復(fù)合材料的制備。?

本發(fā)明的有益效果為：?

1、本發(fā)明是將碳納米管與合金材料粉末攪拌混合均勻，固結(jié)為塊體坯料，然后在真空條件下，將塊體坯料加熱到合金材料的超塑性成形溫度，最后施加外力使坯料內(nèi)形成流速梯度場，在流體剪切力的作用下，碳納米管沿流線定向排列，獲得碳納米管均勻分散并定向排列的碳納米管/合金復(fù)合材料。?