[發明專利]一種功能化碳納米管及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201911412223.8
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111040253A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 熊傳溪;周良;高照東方
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C08K9/10
• 分類號: C08K9/10;C08K3/04;C08J5/18;C08L79/08;H01G4/18
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

本發明涉及功能化碳納米管及其制備方法和應用，該功能化碳納米管為有機低聚物離子液體修飾的碳納米管，采用如下方法制得：將磺化碳納米管加入到裝有去離子水的反應器中，超聲分散均勻，再向體系中加入配置好的有機低聚物離子液體，有機低聚物分子式為C₉H₁₉C₆H₄(OCH₂CH₂)O(CH₂)₂N⁺(CH₃)₃Cl，室溫下反應，透析干燥得到功能化碳納米管。與現有技術相比，本發明的有益效果在于：簡化了傳統制備磺化碳納米管的方法；該功能化碳納米管制備方法克服了傳統物理包覆不均勻的問題，結構可調，具有很高的應用前景；功能化碳納米管的表面有機層有效的阻隔了碳納米管之間的導通，從而有效改善了抗電擊穿性能。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一類可應用于高性能聚合物基納米復合材料領域的功能化碳納米管及其制備方法和應用。

背景技術

碳納米管(carbon nanotubes,CNTs)具有獨特的結構、奇異的物理和化學性能以及其他潛在的特種功能，自Iijima教授發現以來，一直是科學界研究的前沿課題和社會關注的熱點問題。研究表明，CNTs在電子器件、微探針技術、場發射、增強復合材料和儲氫材料等眾多技術領域均有重大應用前景。碳納米管的碳原子主要以sp²雜化為主，由于形成的六元環網狀結構按一定的曲率彎曲，形成空間拓撲結構，所以也存在一定的sp³雜化碳原子。碳納米管又分為單壁碳納米管(SCNTs)和多壁碳納米管(MCNTs)。

碳納米管雖然具有高比模量、高導電性及高熱穩定性等優異性能，但因超高的表面能及化學惰性，使得碳納米管極易團聚，很難在各種基體中均勻分散，這極大地影響了其性能，從而限制了在各種領域的應用。因此對碳納米管進行化學修飾顯得尤為重要，不僅可以有效改善他在基體中的分散穩定性，還可賦予其新的性能，從而使它應用領域更加廣泛。

發明內容

本發明的目的在于克服現有碳納米管易團聚、分散性差的問題，提供一種功能化碳納米管的制備方法，并且將其應用在耐高溫、高儲能密度的聚酰亞胺基復合介電材料中。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：一種功能化碳納米管的制備方法，其特征在于：該功能化碳納米管為有機低聚物離子液體修飾的碳納米管，采用如下方法制得：

將磺化碳納米管加入到裝有去離子水的反應器中，超聲分散均勻，再向體系中加入配置好的有機低聚物離子液體，有機低聚物分子式為C₉H₁₉C₆H₄(OCH₂CH₂)O(CH₂)₂N⁺(CH₃)₃Cl，室溫下反應，透析干燥得到功能化碳納米管。

按上述方案，按質量份數，所述的磺化碳納米管的用量為1-5份，所述的去離子水的用量為20-100份，所述的有機低聚物離子液體的用量為20-100份。

按上述方案，所述的磺化碳納米管采用下述制備方法獲得：

步驟1)：將對氨基苯磺酸加入堿性溶液中，攪拌均勻，加入亞硝酸鈉水溶液，降溫，逐滴加入少量鹽酸，得到重氮鹽溶液；反應體系先呈無色透明狀，加入鹽酸后，變為淡黃色，隨著鹽酸的加入，黃色加深并逐漸轉化為深橙色。

步驟2)按質量份數，將1-5份多壁碳納米管加入步驟1)得到的40-200份重氮鹽溶液中，室溫下攪拌反應，抽濾、洗滌、干燥得磺化的碳納米管。