[發(fā)明專(zhuān)利]金屬鹽包覆碳納米材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710188381.4
• 申請(qǐng)日: 2017-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106966381A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張全平;孫囡;鄭劍;劉海東;周元林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西南科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/168
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/168;C01B32/194;B01J13/02;D06M11/65;D06M11/48;D06M101/40
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11212
• 代理人: 談杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬鹽包覆碳納米材料的制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著微電子集成與組裝技術(shù)迅速發(fā)展，電子電路逐漸小型化、輕量化以及高度集成化，對(duì)材料的電性能、機(jī)械性能、可加工性等提出了更高要求。在高功率電子應(yīng)用中，如電動(dòng)汽車(chē)、電力系統(tǒng)、激光武器等，要求能量在短時(shí)間內(nèi)快速存儲(chǔ)和釋放，而傳統(tǒng)電池及電氣雙層電容器(超級(jí)電容器)難以實(shí)現(xiàn)，需要開(kāi)發(fā)高能量密度存儲(chǔ)材料，即高介電常數(shù)、低介電損耗的電介質(zhì)材料。

選擇導(dǎo)電碳材料填充聚合物或其他基體并制備出復(fù)合電介質(zhì)材料是一種制備高能量密度存儲(chǔ)材料的有效方式。添加少量的碳材料(如炭黑、碳纖維、碳納米管、石墨烯等)即可獲得高介電常數(shù)，同時(shí)具有較好的機(jī)械及加工性能。在導(dǎo)電碳材料填充量接近復(fù)合體系的逾滲值時(shí)，材料將具有較高介電常數(shù)，不過(guò)，此時(shí)的介電性能對(duì)導(dǎo)電碳材料含量、環(huán)境因素等相當(dāng)敏感，造成材料在加工和使用過(guò)程中性能不穩(wěn)定。目前研究工作表明，碳材料易發(fā)生團(tuán)聚，尤其是納米尺度的碳材料，較難在聚合物或其他基體中均勻分散，或者由于碳材料與基體之間的界面相容性差而使材料內(nèi)部產(chǎn)生孔隙和缺陷，從而使復(fù)合材料的介電損耗提高，擊穿強(qiáng)度下降。化學(xué)修飾雖然可以阻止碳材料團(tuán)聚，提高其在基體中的分散性并能改善兩者之間的界面相容性，進(jìn)而獲得較高的介電常數(shù)，但是難以避免導(dǎo)電碳材料直接接觸，尤其是在電場(chǎng)方向形成導(dǎo)電同路，材料的介電損耗仍然較高，也會(huì)導(dǎo)致電介質(zhì)材料的性能不穩(wěn)定。因此，如何確保復(fù)合材料具有高介電常數(shù)的同時(shí)，降低其介電損耗、保持性能穩(wěn)定一直都是電介質(zhì)材料研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種金屬鹽包覆碳納米材料的制備方法。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：

本發(fā)明按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1，超聲分散碳材料、陰或陽(yáng)離子表面活性劑及蒸餾水，形成穩(wěn)定均勻的懸浮液；

步驟2，在高速攪拌下往步驟1所得的懸浮液加入易溶于水的金屬鹽A溶液；

步驟3，緩慢滴入能與金屬鹽A溶液發(fā)生沉淀反應(yīng)的金屬鹽B溶液；

步驟4，將步驟3所得的混合液經(jīng)離心、干燥等步驟后，即制得。

本發(fā)明的特征還在于，進(jìn)一步的，所述步驟1中，碳材料為炭黑、碳纖維、碳納米管與石墨烯中的任意一種。

進(jìn)一步的，所述步驟1中，陰離子表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、苯乙烯馬來(lái)酸酐共聚物中的任意一種。

進(jìn)一步的，所述步驟1中，陽(yáng)離子表面活性劑為十二烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺中的任意一種。

進(jìn)一步的，所述步驟1中，若采用陰離子表面活性劑，所述步驟2中的金屬鹽A溶液則為氯化鋇、氯化鈣和硝酸鉛溶液中的任意一種；所述步驟3中的金屬鹽B溶液為碳酸鈉、硫酸鈉、碳酸鉀、硫酸鉀和鎢酸鈉溶液中的任意一種。

進(jìn)一步的，所述步驟1中，若采用陽(yáng)離子表面活性劑，所述步驟2中的金屬鹽A溶液為碳酸鈉、硫酸鈉、碳酸鉀、硫酸鉀和鎢酸鈉溶液中的任意一種；所述步驟3中的金屬鹽B溶液則為氯化鋇、氯化鈣和硝酸鉛溶液中的任意一種。

進(jìn)一步的，所述步驟1中，碳材料與離子型表面活性劑及水的質(zhì)量份數(shù)比為1：5～60：200。

進(jìn)一步的，所述步驟2中，碳材料與金屬鹽A溶液中金屬鹽A及水的質(zhì)量份數(shù)比為1：3～30：200，所述步驟3中，金屬鹽B溶液中的金屬鹽B含量與金屬鹽A等摩爾質(zhì)量。

進(jìn)一步的，所述步驟4中，將步驟3所得的混合液經(jīng)離心、干燥等步驟后，即制得金屬鹽包覆碳材料的核殼結(jié)構(gòu)。具體步驟為：將混合溶液分批次置于高速離心機(jī)中離心處理，回收固體物質(zhì)并用去離子水洗滌、再次離心，重復(fù)多次；將所得到的固體物質(zhì)在80℃的真空烘箱中干燥24小時(shí)。

采用濕化學(xué)法制備出一種以低電導(dǎo)率的金屬鹽包覆導(dǎo)電碳材料的核殼結(jié)構(gòu)。低電導(dǎo)率金屬鹽(陶瓷結(jié)構(gòu))可以防止碳材料團(tuán)聚，更重要的是避免碳材料直接接觸，為制備高介電常數(shù)、低介電損耗等介電性能的電介質(zhì)材料奠定基礎(chǔ)。該制備方法操作簡(jiǎn)便、工藝穩(wěn)定、成本低廉、材料結(jié)構(gòu)可控，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明的有益效果在于：