[發明專利]一種借助固相剝離制備碳納米管分散液的方法

有效

• 申請號: 201811321937.3
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109052372B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 劉剛;劉能;趙平;肖波齊;秦燦;王順杰;曾雪瑩
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C01B32/174
• 分類號: C01B32/174;C01B32/168;C01B32/159
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 裴金華

本發明公開的一種借助固相剝離制備碳納米管分散液的方法，包括以下步驟：將碳納米管和固相分散劑均勻混合，得到混合物；將混合物球磨處理，得到固相剝離后的碳納米管粉末；將固相球磨后的碳納米管粉末分散到溶劑中，得到碳納米管分散液；本發明在剝離過程中未使用任何溶劑，借助固相剝離制備出可長時間存儲的、剝離后的碳納米管粉末，以固相形式可長期保存，實現了隨用隨取，此外，剝離后的碳納米管粉末，通過輕輕搖晃即可分散于水中，便于后續加工與應用。

技術領域

本發明涉及碳納米管的分散領域，具體涉及一種借助固相剝離制備碳納米管分散液的方法。

背景技術

碳納米管是由sp2碳原子組成的一維管狀材料，根據管壁的不同，碳納米管可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。碳納米管由于具有良好的共軛性、大的長徑比、及高的比表面積等結構特性，在電學、光學、力學、磁學等方面均表現出優異的性能，從而被廣泛的用于復合材料、超級電容器、場發射器件、吸波材料等領域。然而，由于管壁間強的π - π相互作用及差的溶解性，碳納米管通常以團聚體（微觀上）的形式存在，且不溶于水及各種常用的有機溶劑，從而極大限制了其在以上諸多領域的應用。因此，高效剝離碳納米管集束、制備可溶（或可分散）的碳納米管，進而通過溶液加工（如旋涂、印刷、滴膜等）的方式成型，對推進碳納米管在眾多領域的應用具有重要意義。

碳納米管可溶化修飾的方法可分為共價修飾和非共價修飾兩大類。共價修飾通常是通過酸處理使碳納米管的側壁或兩端產生活性點，以便后續可溶性結構單元的接入；或者碳納米管的管壁直接與某些特定的活性分子（如氮基、氨基酸等）進行環加成反應。非共價修飾則是通過利用可溶的分散劑分子與碳納米管側壁之間的π - π相互作用或者范德華力實現碳納米管的增溶。共價修飾會破壞碳納米管共軛結構的完整性，從而影響其性能。非共價修飾可在不破壞碳納米管共軛結構完整性的同時，實現碳納米管的可溶化，因而成為近些年研究的熱點。

目前已報導的分散劑，有共軛小分子、聚合物、生物分子、離子型表面活性劑（如膽酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉）等。以上分散劑在用于分散碳納米管時，大都在液相中通過超聲而實現，最終得到的為碳納米管的分散液。然而，由于碳納米管自身獨特的結構特征，不同碳管管壁之間存在強的π - π相互作用，致使液相中的碳納米管易發生緩慢聚集、沉降，不利于長時間保存及后續的加工應用。因此，開發一種非共價修飾的、可分散的碳納米管粉末，以固相形式長時間保存，需要使用時分散于溶劑中，實現隨取隨用，對推進碳納米管在各領域的應用有著重大意義。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種借助固相剝離制備碳納米管分散液的方法。其中，固相剝離所得到的碳納米管粉末，能以固相形式可長期保存，避免了液相中的緩慢聚集與沉降。此外，剝離后的碳納米管，通過輕輕搖晃即可分散于水中，從而實現隨取隨用。

本發明解決的技術方案是，提供一種借助固相剝離制備碳納米管分散液的方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）將碳納米管和固相分散劑均勻混合，得到混合物；

（2）將混合物固相球磨處理，得到固相剝離后的碳納米管粉末；

（3） 將固相球磨后的碳納米管粉末分散到溶劑中，得到碳納米管分散液。

優選地，還包括以下步驟：將碳納米管分散液離心，除去分散性較差的少量聚集體。

優選地，所述粉狀的碳納米管為單壁或多壁碳納米管。

優選地，所述分散劑為膽酸鈉、六羥基三亞苯、單寧酸、十二烷基磺酸鈉、脫氧膽酸鈉的一種。

優選地，所述球磨包括：每球磨0.5-1小時后，用藥勺將貼于罐壁和罐蓋上的粉末刮下，以便均勻混合，提高球磨效率。此外，間斷性球磨也可保證球磨體系溫度不會明顯上升。上述過程循環N次，其中1≤N≤15。

優選地，所述球磨中的研磨球的直徑為2～16 毫米。