[發(fā)明專利]一種碳納米管酞菁納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112047326A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王挺峰;孫濤;湯偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
• 主分類號: C01B32/168
• 分類號: C01B32/168;C09C1/44;C09C3/08
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 周蕾

本發(fā)明涉及一種碳納米管酞菁納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于激光防護(hù)領(lǐng)域。本發(fā)明的碳納米管酞菁納米復(fù)合材料為碳納米管與酞菁的復(fù)合物，其中碳納米管為表面經(jīng)過羧基化或者胺基化的碳納米管，酞菁為無金屬酞菁。其制備方法包括以下步驟：將無金屬酞菁溶于濃硫酸中，再加入去離子水，然后將羧基化或者胺基化的碳納米管加入其中，進(jìn)行加熱反應(yīng)，過濾，洗滌，真空干燥，得到碳納米管酞菁納米復(fù)合材料。本發(fā)明的納米復(fù)合材料是由羧基化或者胺基化的碳納米管與無金屬酞菁進(jìn)行復(fù)合制備的功能化碳納米管?酞菁復(fù)合材料，其制備方法簡單，制備的復(fù)合材料在有機溶劑中的分散穩(wěn)定性良好，性能穩(wěn)定，具有良好的三階非線性光學(xué)性能，可用于激光防護(hù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光防護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管酞菁納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

現(xiàn)代科技的進(jìn)步促進(jìn)了激光技術(shù)在醫(yī)學(xué)、科研、工業(yè)生產(chǎn)及軍事等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。由于激光對人眼以及光學(xué)儀器都會造成嚴(yán)重的損傷，隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，加之大能量、高功率、短脈沖激光器的日益增多，激光防護(hù)逐漸受到人們的重視。

碳納米管是由片層結(jié)構(gòu)的石墨卷成的無縫、中空的同軸管體，層與層之間保持一定的距離，約為0.34nm。由于其特有的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)及準(zhǔn)一維管狀結(jié)構(gòu)，使其具有不同于常規(guī)材料的光學(xué)性能，通過物理或化學(xué)修飾的方法不僅可以改善碳納米管的表面結(jié)構(gòu)，也可能影響到碳納米管的光學(xué)性質(zhì)。實驗發(fā)現(xiàn)碳納米管具有良好的光限幅性質(zhì)，是一種優(yōu)良的光限幅材料。

酞菁是一種人工合成的具有18π電子的大環(huán)共軛體系，這種結(jié)構(gòu)與大自然中廣泛存在的卟啉很相似。酞菁主要是由8個碳原子交替和8個氮原子相連所組成的具有16中心原子18π電子的二維大環(huán)共軛體系。該物質(zhì)具有鮮艷的光澤、生產(chǎn)所需要的成本較低、優(yōu)異的光學(xué)、熱學(xué)以及化學(xué)穩(wěn)定性，并且表現(xiàn)出了優(yōu)異的光電性能，在可見光波段區(qū)域有較廣的吸收。但是無取代的酞菁溶解性很差，這一弊端在很大程度上限制了它的應(yīng)用。為了增加其各方面的性能，需要解決其溶解性差的難點，目前一般釆用在酞菁環(huán)上引入磺酸基或者羧基等親水基團(tuán)以改善其水溶性。

鑒于碳納米管以及酞菁在光限幅中的性能及分散穩(wěn)定性問題，功能化碳納米管和酞菁的復(fù)合材料逐漸引起關(guān)注。比如利用嵌二萘作為網(wǎng)橋，將酞菁鋅和單壁碳納米管連接在一起，嵌二萘分子內(nèi)強大的π-π結(jié)合力，能夠顯著改善復(fù)合物的穩(wěn)定性。碳納米管經(jīng)過羧基化或者胺基化之后能夠顯著改善其在溶劑中的分散穩(wěn)定性，使碳納米管和酞菁在發(fā)揮非線性光學(xué)性能的同時避免材料聚集，提高了碳納米管-酞菁復(fù)合材料作為激光防護(hù)器件的可行性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提高碳納米管-酞菁的分散穩(wěn)定性及非線性光學(xué)性能，進(jìn)而提供一種碳納米管酞菁納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

本發(fā)明提供一種碳納米管酞菁納米復(fù)合材料，所述納米復(fù)合材料為碳納米管與酞菁的復(fù)合物，其中碳納米管為表面經(jīng)過羧基化或者胺基化的碳納米管，酞菁為無金屬酞菁。

在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的是：所述羧基化的碳納米管是由下述方法制備得到：

將碳納米管分散在濃硝酸中，超聲之后加熱到100℃～120℃進(jìn)行羧基化反應(yīng)，過濾，洗滌，真空干燥得到羧基化的碳納米管。

在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的是：所述胺基化的碳納米管是由下述方法制備得到：

將羧基化的碳納米管分散于氯化亞砜中，封管加熱至60℃～90℃得到酰氯化產(chǎn)物，進(jìn)一步與過量聚醚胺反應(yīng)制備得到胺基化的碳納米管。

在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的是：所述聚醚胺的分子量為230～4000。

本發(fā)明還提供一種碳納米管酞菁納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：