[發明專利]一種將納米碳材料快速組裝到油水界面形成柔性薄膜的方法

無效

• 申請號: 201310616616.7
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103641098A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 高麗麗;李雪蓮;李育珍;張衛珂;閆少輝;楊艷青;高利珍
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C01B31/00
• 分類號: C01B31/00;B82Y40/00;B82Y30/00
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技術領域

本發明涉及一種將納米碳材料組裝成薄膜的方法，尤其是將二維的石墨烯、一維的碳納米管和零維的碳量子點或富勒烯快速的組裝到油水界面，并形成柔性薄膜的方法。

背景技術

納米碳材料，包括二維的石墨烯(GS)或氧化石墨烯(GO)，一維的碳納米管(CNTs)，零維的碳量子點(Carbon?quantum?dots)或富勒烯(fullerene)，都屬于碳系家族的新寵兒。他們的發現對整個科學界都產生了深遠的影響，其中富勒烯于1996年獲得諾貝爾化學獎，石墨烯于2010年獲得了諾貝爾物理學獎。這些納米碳材料在力學、光學、電子學等方面突出顯著的優點。如碳納米管具有一維納米中空結構、高長徑比、優異機械性能和導電性能；石墨烯是厚度只有單個或幾個原子，大小卻可達幾個甚至幾十微米的二維納米薄膜，導電性好，機械強度高；富勒烯硬度比鉆石還高，延展性比鋼強100倍，導電性比銅強，重量只有銅的六分之一。這些碳納米材料在合成高機械強度和高導電性的復合材料、用作儲氫和儲能材料、傳感器和催化材料等方面有著許多潛在的應用價值。

此外，大量研究還表明，如其它的微納米材料一樣，這些納米碳材料具有類似表面活性劑的作用，即它們易在界面聚集；然而由于這些納米碳材料比表面能高，易團聚，因此未經處理的納米碳材料在界面的聚集也仍主要是以團聚態，即無法實現其單層有序排列。因此目前一般是將這些納米碳材料通過預處理，使其均勻分散于單相體系中，如將碳納米管氧化后，可使其以單根的形式分散于水溶液中；氧化石墨烯也可以單層片狀的形式分散于水溶液中，然后再將其組裝于界面上。通過控制適當的條件，一般可實現碳納米材料在界面的有序排列。目前，將納米碳材料組裝到油水界面，常用醇類，如乙醇、丁醇等，作為誘導劑，誘導碳納米材料從水相中組裝到油水界面。然后這種方法所用的醇類量一般較多，且耗時。而且，相對于零維結構的碳顆粒，具有中空結構的一維碳納米管和具有片狀結構的二維石墨烯，在油水界面的組裝更困難。

發明內容

本發明的目的就是針對如上所述的碳納米材料，尤其是一維的碳納米管和二維的石墨烯，其容易團聚，比零維的納米材料更難在油水界面組裝，以及目前常用的利用醇類實現碳納米材料在油水界面的組裝中存在的一些問題，本發明提出一種快速的將納米碳材料在油水界面組裝成膜的方法。

本發明的方法具體包括如下步驟：

1)準備可密封的容器，所述容器的材質可以是親水的也可以是疏水的；

2)提供納米碳材料的水性分散溶液，加入到所述容器中；

3)加入與水互不相溶的有機相；

4)加入含C10-C18烷基鏈的季銨鹽陽離子表面活性劑；

5)振蕩或攪拌以形成微乳液，使納米碳材料從水溶液中轉移到微乳液液滴的表面；

6)停止振蕩或攪拌，微乳液破裂并融合，原分散在微乳液液滴表面的碳納米材料隨著乳液的融合也逐步融合并最終組裝到油水界面，形成柔性納米碳薄膜。

本發明所述的可密封的容器是指加入納米碳材料水性分散溶液、表面活性劑和有機相后可密封的，有利于后期的振蕩或攪拌，而不至于使溶液外漏。

進一步的，本發明的容器可選擇玻璃容器或塑料容器。

進一步的，本發明的容器的大小可按需調控，一般而言，容器截面積越大的，越有利于納米碳材料在油水界面組裝成柔性薄膜。

進一步的，本發明的納米碳材料包括碳納米管、石墨烯、碳量子點和富勒烯等。

進一步的，本發明的納米碳材料需先分散于水溶液中，形成納米碳水性分散溶液。

進一步的，本發明的納米碳材料可通過氧化法實現其在水溶液中的分散。如采用濃硫酸-濃硝酸混酸對納米碳材料進行氧化，可使其表面生成一些羥基、羧基等含氧負電基團，這些含氧負電基團之間的相互靜電斥力有利于納米碳材料在水中的分散。

進一步的，本發明的有機相應與水相之間的互溶性越小越好，能形成穩定的有機相/水界面。

進一步的，本發明的有機相可以選自如氯仿、環己烷、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、白油等。

進一步的，本發明的有機相可以循環使用。

進一步的，本發明的有機相和水相的體積基本相等或不相等，優選體積基本相等。