[發明專利]一種制備ZrO2?MWCNTs納米雜化材料的方法

有效

• 申請號: 201510341036.0
• 申請日: 2015-06-18
• 公開（公告）號: CN105001681B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 何毅
• 申請（專利權）人: 成都石大力盾科技有限公司
• 主分類號: C09C1/44
• 分類號: C09C1/44;C09C3/06;C09C3/00
• 代理公司: 成都睿道專利代理事務所(普通合伙)51217
• 代理人: 趙云

技術領域

本發明涉及多壁碳納米管雜化材料的制備方法。

背景技術

自1991年CNTs(碳納米管)被日本科學家發現以來，以其獨特的結構，優異的力學性能和電化學性能，成為近年來各國科學家關注的熱點。將碳納米管加入涂層用以提高其力學性能以及抗腐蝕能力成為了科研工作者研究的一個方向，然而，碳納米管(CNTs)由于其極高的長徑比和非常大的比表面積讓其容易產生團聚現象，作為填料時，在樹脂體系中不易分散，如何將碳納米管很好的分散于涂層中是急需解決的問題。近年來，解決這個問題主要有兩種方法比較有效：一是將碳納米管與固化劑進行接枝，通過形成大分子物質讓其分散于涂層中。此方法的特點是將碳納米管以固化劑的方式分散于涂層中，能夠很好的提高其分散性，但也存在較大的缺點，其制備比較復雜。另一種方法是用無機納米材料雜化碳納米管降低其表面能，提高分散性。溶膠-凝膠(sol-gel)法制備二氧化鋯-多壁碳納米管由于可以比較容易實現分子尺度上的納米顆粒摻雜，并且對納米材料的破壞較小，所以目前這種方法較為常用。

ZrO₂(二氧化鋯)與MWCNTs(多壁碳納米管)用溶膠-凝膠法制備時需要進行煅燒，如需得到比較穩定的t-ZrO₂(四方型晶二氧化鋯)，需要將煅燒的溫度提高到550℃以上，但是，MWCNTs在此高溫條件下，遇到空氣會發生一系列的氧化反應破壞其結構，所以現有技術需要在煅燒時需要氮氣(N₂)保護。高溫+氮氣保護的制備條件相對復雜，限制了其制備及應用。

發明內容

ZrO₂(二氧化鋯)與MWCNTs(多壁碳納米管)用溶膠-凝膠法制備時需要進行煅燒，本發明目的是采用sol-gel法，找到一個適合無需氮氣保護的煅燒溫度，使氧化鋯呈現比較穩定的四方型晶又使多壁碳納米管的結構沒有遭到破壞，在多壁碳納米管表面成功的雜化上了氧化鋯。其反應原理如圖1。

本發明的制備ZrO₂-MWCNTs納米雜化材料的方法，其反應步驟如下：稱取0.1g的羧基多壁碳納米管加入含乙醇(30ml)和去離子水(5ml)的混合溶液的燒杯(50ml)中，再向燒杯中加入一定量0.1g的ZrCl4(四氯化鋯)，緩慢向燒杯中滴加氨水(5ml)，調節其pH值，直至pH≥9.5，超聲分散30min，再向燒杯中加入磁力攪拌子，置于磁力攪拌器上，常溫下強烈攪拌4h，減壓(0.05Mpa)抽濾，60℃烘干24h，在馬弗爐中空氣條件下490-515℃下煅燒2h，獲得目標產物。

無需氮氣保護的條件下，在空氣環境中，找到一個適合的煅燒溫度(490-515℃)，采用sol-gel法，在多壁碳納米管表面成功地負載上了氧化鋯，使氧化鋯呈現比較穩定的四方型晶又使多壁碳納米管的結構沒有遭到破壞。

附圖說明

圖1反應原理示意圖

圖2碳納米管雜化前后紅外光譜

圖3雜化后雜化材料XRD譜圖

圖4雜化后雜化材料XRD譜圖

圖5ZrO₂-MWCNTs掃描電鏡圖

其中：

圖5-1為放大20000倍下G1的掃描電鏡圖，

圖5-2為放大50000倍下G1的掃描電鏡圖，

圖5-3為放大20000倍下G2的掃描電鏡圖，

圖5-4為放大50000倍下G2的掃描電鏡圖，

圖5-5為放大20000倍下G3的掃描電鏡圖

圖5-6為放大50000倍下G3的掃描電鏡圖

圖5-7為放大20000倍下G4的掃描電鏡圖

圖5-8為放大50000倍下G4的掃描電鏡圖

圖5-9為放大20000倍下G5的掃描電鏡圖

圖5-10為放大50000倍下G5的掃描電鏡圖

圖6碳納米管雜化前后的熱失重圖譜

具體實施方式

實施例1 G1樣品的制備

稱取0.1g的羧基多壁碳納米管加入含乙醇(30ml)和去離子水(5ml)的混合溶液的燒杯(50ml)中，再向燒杯中加入一定量0.1g的ZrCl₄(四氯化鋯)，緩慢向燒杯中滴加氨水(5ml)，調節其pH值，直至pH≥9.5，超聲分散30min，再向燒杯中加入磁力攪拌子，置于磁力攪拌器上，常溫下強烈攪拌4h，減壓(0.05Mpa)抽濾，烘干(60℃，24h)，在馬弗爐中空氣條件下600℃下煅燒2h。獲得0.0632g產物。