[發明專利]松針狀碳納米管/碳纖維導電網絡復合碳材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610388144.8
• 申請日: 2016-06-06
• 公開（公告）號: CN106082159B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 劉世斌;孟衛娟;李瑜;李一兵;張忠林;段東紅;郝曉剛
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C01B32/16
• 分類號: C01B32/16;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 太原倍智知識產權代理事務所(普通合伙)14111
• 代理人: 戎文華

1.一種松針狀碳納米管/碳纖維導電網絡復合碳材料的制備方法，所述制備方法是以碳纖維織物的纖維為生長基底，在所述生長基底上生長高密度排列的碳納米管；其中，所述纖維直徑是3-10μm，所述碳納米管的長度是5-150μm，所述碳納米管的直徑是20-220nm，所述碳納米管的排列密度是1×10²¹-220×10²¹根/m²；所述制備方法是按下列步驟進行的：

（1）碳纖維織物的纖維表面預處理

將碳纖維織物置于異丙醇或者乙醇溶液中超聲清洗10-60min，并在60-100℃溫度下烘干20-60min；后將清洗后的纖維織物置于管式爐內，控制溫度在500-700℃間，在氬氣氛圍下煅燒1-12h，對纖維表面進行高溫脫粘處理；

將高溫處理過的碳纖維織物浸泡在具有強氧化性的溶液里1-6小時，取出并在60-100℃溫度下烘干1-8h，得到表面清潔的碳纖維織物；再按質量比為25-35:1稱取無機金屬催化劑前驅體和糖類聚合物，溶解在體積比例為5-10:1的硅溶膠和表面活性劑組成的混合溶劑中，常溫下磁力攪拌6-36h，配置得到無機金屬催化劑前驅體溶液；后將上述表面清潔的碳纖維織物置于無機金屬催化劑前驅體溶液里浸泡10-120min后進行抽濾，在50-100℃溫度下烘干3-24h，重復1-10次，使織物上的碳纖維表面均勻地包裹一層無機金屬催化劑前驅體和糖類聚合物混合物，得到預處理的碳纖維織物；

（2）碳源與有機金屬催化劑前驅體混合溶液制備

以含有芳香環類的物質作為碳源，以含有鐵基、鈷基和鎳基的有機金屬化合物中的一種或幾種作為有機金屬催化劑前驅體，有機金屬離子在碳源中的濃度為0.01-0.3g/ml；將此溶液超聲分散10-90min，制得碳源與有機金屬催化劑前驅體的混合溶液；

（3）松針狀碳納米管/碳纖維導電網絡復合碳材料制備

將步驟（1）預處理的碳纖維織物以0-180℃的角度置于管式爐溫區內，采用化學氣相沉積法，以氬氣、氮氣、氦氣的一種或幾種與氫氣按體積比為1-10:1混合作為載氣，管式爐以1-10℃/min的速率升溫至600-900℃；將步驟（2）配置的混合溶液以0.4-2.0ml/min的線速度注射至管式爐內，保持反應爐內壓力不變，生長時間為15-120min，生長結束后關閉載氣，溫度達到400-700℃時在空氣氛圍下純化碳納米管，待管式爐降至室溫，得到在碳纖維織物上制備的松針狀碳納米管/碳纖維導電網絡復合碳材料。

2.如權利要求1所述的制備方法，所述碳纖維織物是碳纖維布、碳纖維帶、碳纖維紙、碳纖維氈、碳纖維席和碳纖維片材中的一種。

3.如權利要求1所述的制備方法，所述強氧化性溶劑是濃硝酸、濃硫酸和雙氧水中的一種，其中濃硝酸和濃硫酸是任其一種或是任意比例的混合。

4.如權利要求1所述的制備方法，所述無機金屬化合物是硝酸鐵、氯化鐵、磷酸鐵、硫酸鐵、硫化鐵、硝酸鈷、氯化鈷、磷酸鈷、硫酸鈷、硫化鈷、硝酸鎳、氯化鎳、磷酸鎳、硫酸鎳和硫化鎳中的一種或任意混合。

5.如權利要求1所述的制備方法，所述硅溶膠是中性硅溶膠、酸性硅溶膠和堿性硅溶膠中的一種，其中固體二氧化硅含量是20%-40%。

6.如權利要求1所述的制備方法，所述糖類聚合物是葡萄糖、果糖、淀粉、蔗糖、糖原、麥芽糖糊精和醋酸纖維素中的一種或任意混合。

7.如權利要求1所述的制備方法，所述表面活性劑是乙醇、正丙醇、異丙醇、十二烷基硫酸鈉、油酸、月桂基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、溴化十六烷基三甲銨、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、聚乙烯基吡咯烷酮、洗滌劑和有機胺皂中的一種。

8.如權利要求1所述的制備方法，所述芳香環類的物質是苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、苯甲醇、苯甲醛、苯甲醚、苯甲胺、苯甲腈、苯乙酸、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、硝基苯胺、雙吡啶硫酮和2-甲基咪唑中的一種或任意混合。

9.如權利要求1所述的制備方法，所述金屬有機化合物是二茂鐵、羰基鐵、草酸鐵、醋酸鐵、乙二胺合鐵、二茂鈷、羰基鈷、草酸鈷、醋酸鈷、乙二胺合鈷、二茂鎳、羰基鎳、草酸鎳、醋酸鎳和乙二胺合鎳中的一種或任意混合。