[發明專利]一種氧化石墨/二氧化硅/碳納米管多維度復合納米材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610979669.9
• 申請日: 2016-11-08
• 公開（公告）號: CN106629580B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 米皓陽;經鑫
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B82Y40/00;C01B32/16;C01B32/23;C01B32/205
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發明公開了一種氧化石墨/二氧化硅/碳納米管多維度復合納米材料的制備方法。該方法通過異氰酸酯將零維的二氧化硅、一維的碳納米管和二維的氧化石墨納米粒子復合，獲得具有多維度的復合納米粒子；對復合納米粒子進行端基改性，獲得一系列親水、疏水、超疏水，甚至疏油、超疏油的氧化石墨/二氧化硅/碳納米管多維度復合納米材料。制得的氧化石墨/二氧化硅/碳納米管多維度復合納米材料可用于包括復合材料增強、復合材料功能化、表面改性和材料防水、防腐、自清潔涂層。

技術領域

本發明屬于復合納米材料領域，特別涉及氧化石墨/二氧化硅/碳納米管多維度復合納米材料及其制備方法。

背景技術

納米粒子具有較高的比表面積和優異的性能因而受到廣泛的重視。從微觀尺度上來看，納米材料可分為零維的球狀材料、一維的棒狀或管狀材料和二維的片層材料。這三種維度的材料各自具有其獨特的性能和不同的應用。然而在某些特定應用中多維度的納米材料或不同維度納米材料的混合使用往往能夠帶來更加優異的性能，甚至提供意想不到的性能。目前該方面的研究較少，且多基于不同納米粒子的混合使用。

二氧化硅納米顆粒是低成本、高強度、耐腐蝕、生物相容性良好的零維納米粒子，且其表面容易羥基化，因而具有良好的親水性。碳納米管是一種具有高長徑比的一維管狀納米碳材料，其具有良好的導電性和強度，且通過氧化改性可在其表面引入羧基及部分羥基。氧化石墨是近年來廣泛研究的一種二維片層狀納米碳材料，還原后其具有良好的導電和導熱性能，而氧化石墨表面存在著大量的羧基和羥基。因此，可以使用異氰酸酯在一定條件下將這三種粒子連接形成具有多維度結構的復合納米粒子，從而使粒子之間的鍵合更加緊密，以應用于高填充量多維度納米粒子改性，以及多維度納米粒子表面涂覆。

另外，可使用不同的化學試劑對復合粒子進行表面處理從而改變復合粒子的表面能以提高其對不同基體材料的相容性。

發明內容

本發明提供一種通過異氰酸酯接枝制備氧化石墨/二氧化硅/碳納米管多維度復合納米材料的方法，并通過不同的表面修飾，賦予復合納米材料不同的表面性能。

本發明通過異氰酸酯將零維的二氧化硅，一維的碳納米管和二維的氧化石墨烯納米粒子在無水溶劑中復合，獲得具有多維度的復合納米粒子，且在反應過程中根據應用需求調控不同維度的納米粒子比例，制備具有不同性能的復合納米材料。

一種氧化石墨/二氧化硅/碳納米管多維度復合納米材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）將氧化石墨、二氧化硅和碳納米管混合裝入干燥的三口燒瓶，加入無水溶劑，密封，超聲分散后得到復合納米粒子；加入異氰酸酯，通入干燥氮氣，加熱攪拌下反應；

（2）加入過量的醇或蒸餾水，保持轉速，繼續攪拌反應，對復合納米粒子進行改性，并中和未發生反應的異氰酸酯；一元醇的加入使復合納米粒子表面具有疏水、超疏水，甚至疏油、超疏油特性；而蒸餾水的加入使復合納米粒子表面生成親水的氨基，從而使復合納米粒子能夠在水中分散，而且保持有良好的反應活性，適用于包括表面噴涂改性；

（3）反應結束后，將溶液轉入離心管內進行離心，除去上層清液；加入乙醇并超聲分散1~4小時，使小分子溶解，再次離心，除去上層清液；重復3~5次后，收集得到所述氧化石墨/二氧化硅/碳納米管多維度復合納米材料。

進一步地，步驟（1）中，所述氧化石墨、二氧化硅和碳納米管的質量比為1:0.5~2:0.1~2。

進一步地，步驟（1）中，所述無水溶劑為適合氧化石墨、二氧化硅以及碳納米管分散且不與異氰酸酯反應的極性溶劑，包括二甲基甲酰胺或二甲亞砜。

進一步地，步驟（1）中，所述超聲分散的時間為1~2小時。

進一步地，步驟（1）中，所述異氰酸酯包括甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯或二環己基甲烷二異氰酸酯。