[發明專利]一種織構化碳纖維布/碳納米管復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201911045225.8
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110670345B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 雷志斌;牛斐;張文亮;郭瑞;孫惠
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;D06M11/83;D01F9/16;D06M101/40
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 高雪霞

本發明公開了一種織構化碳纖維布/碳納米管復合材料的制備方法，該方法以浸漬了硝酸鎳的棉布作為基底，硝酸鎳作為鎳源，乙腈作為碳源，在氮氣氣氛中碳化后化學氣相沉積，通過調整硝酸鎳的量、化學氣相沉積時間以及氮氣氣流速度來控制碳納米管的形貌。碳納米管的生長不僅提高了織構化碳纖維布的導電性和力學性能，同時硝酸鎳在被還原過程中在織構化碳纖維布上留下了豐富的孔道，增大了電極的比表面積，使得其作為超級電容器的電極，具有優異的電容特性。碳納米管的相互交織有利于離子的傳輸，拓寬了該材料在儲能領域的廣泛應用；而且本發明原料易得，成本低廉，工藝簡單，可以實現大規模生產。

技術領域

本發明屬于超級電容器技術領域，具體涉及一種織構化碳纖維布/碳納米管復合材料的制備方法。

背景技術

織構化碳纖維布具有中空結構，可作為電極材料的生長基底。或者以電極的形式直接應用于超級電容器。Lei課題組(Journal of Colloid and Interface Science.553(2019)705-712)以棉布為原料進行碳化得到織構化碳纖維布(TC)，再通過氫氧化鉀活化的方式得到大比表面積的織構化碳纖維布(aTC)電極應用于超級電容器。盡管織構化碳纖維布在作為超級電容器電極具有良好的應用前景，但其導電性和較低的比容量限制了其應用。

碳納米管(CNTs)，又名巴基管，是一種具有特殊結構(徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口)的量子材料。具有極其優異的導電性，力學性能和導熱性。將其負載在柔性材料上可以提高柔性材料的導電性，力學性能以及電極的載量，同時提高電極及器件的性能，這一點得到了人們的關注。Liu課題組(Energy StorageMater.11(2018)75-82)將其負載在柔性商業碳布上，并以此為電極組裝了不對稱超級電容器。但此過程由于商業碳布成本高昂，過程復雜，工藝繁瑣，限制了碳納米管在柔性材料上的負載及其應用。

發明內容

本發明的目的在于克服上述兩方面現有技術的缺點，提供一種源于織構化碳纖維布上生長螺旋狀碳納米管制備織構化碳纖維布/碳納米管復合材料的方法。

針對上述目的，本發明所采用的技術方案由下述步驟組成：

1、將廢舊棉纖維織物依次在丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗，去除纖維表面的灰塵、雜質以及有機污染物后，干燥；將清洗并干燥后的棉纖維織物在硝酸鎳水溶液中浸漬，浸漬好后干燥至表面沒有流動水分的潮濕狀態，將其冷凍干燥。

2、將冷凍干燥后的棉纖維織物在氮氣保護下升溫至700～900℃，恒溫碳化60～90分鐘，得到負載有鎳顆粒的多孔碳纖維布。

3、繼續在氮氣氣氛下700～900℃恒溫10～20min，且此恒溫過程中通過氮氣帶入乙腈，使多孔碳纖維布上原位生長碳納米管，得到織構化碳纖維布/碳納米管復合材料。

上述步驟1中，所述硝酸鎳水溶液中硝酸鎳的濃度為0.02～0.1mol/L，優選硝酸鎳的濃度為0.05～0.06mol/L。

上述步驟1中，優選將清洗并干燥后的棉纖維織物在硝酸鎳水溶液中浸漬18～24h，浸漬好后在50～80℃下干燥至表面沒有流動水分的潮濕狀態。

上述步驟2中，優選將冷凍干燥后的棉纖維織物在氣速為20～35sccm的氮氣保護下升溫至780～820℃，恒溫碳化60～90min，得到負載有鎳顆粒的多孔碳纖維布。

上述步驟2中，所述升溫的速率為5～10℃/分鐘。

上述步驟3中，優選繼續在氣速為10～16sccm的氮氣氣氛下780～820℃恒溫12～15min，且此恒溫過程中通過氮氣帶入乙腈，使多孔碳纖維布上原位生長碳納米管。

本發明的有益效果如下：