[發明專利]一種富勒烯納米纖維薄膜、多孔碳纖維薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202011200758.1
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112374489B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 盧興;郭子乾;何志敏
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C01B32/156
• 分類號: C01B32/156;C01B32/152
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 徐美琳;李智

本發明公開了一種富勒烯納米纖維薄膜、多孔碳纖維薄膜及其制備方法，屬于碳纖維材料的制備領域，將富勒烯充分溶解至富勒烯的良溶劑中得到混合溶液，將富勒烯的不良溶劑加入混合溶液，在富勒烯的良溶劑和不良溶劑的界面形成富勒烯納米纖維；將分離出的富勒烯納米纖維分散在富勒烯的不良溶劑中，得到分散液，對分散液依次進行抽濾、干燥，得到富勒烯納米纖維薄膜。通過抽濾的方法實現富勒烯纖維和溶劑的快速分離，大大提高了成膜效率，無需昂貴的成膜設備、簡化了操作步驟、大大降低了富勒烯薄膜的制備成本。對富勒烯納米纖維薄膜進行簡單的高溫退火處理即可得到具有多孔結構的富勒烯衍生的碳纖維薄膜。

技術領域

本發明屬于碳纖維材料的制備領域，更具體地，涉及一種富勒烯納米纖維薄膜、多孔碳纖維薄膜及其制備方法。

背景技術

碳纖維的微觀結構與石墨的基本結構相似，但不是理想的石墨層狀結構。碳纖維每個層平面間的碳原子排布不如石墨那樣理想規則，每個層面間的碳原子借助共價鍵連接，層與層之間通過范德華力相連，所以層片邊緣不整齊，是各向異性材料。和石墨的點陣結構相比較，碳纖維的碳原子層面間出現了不規律的平移和轉動，但由于以共價鍵連接的碳原子層大致上平行于纖維軸排布，因此具有很高的軸向拉伸模量。在亂層石墨結構中，石墨層片作為基本的結構單元，層片與層片之間相互交叉形成石墨微晶，進一步形成原纖維，最終由原纖維組成碳纖維的單絲。

碳纖維具有分子級細孔，比表面積大，邊緣碳原子活性點多等優點，因此可以用來作為催化劑和催化劑的載體；碳纖維具有較高的長徑比、完善的石墨化結構、高的熱傳導性及導電性、表面有一定的化學活性等特點，因此其一個重要用途是作為改進力學性能的增強劑，應用在復合材料領域可以提高基體的拉伸、沖擊強度和模量，并且導電導熱性都有大幅度提高。碳纖維作為增強體，在擁有一系列優異性能的同時，也存在著一些不可回避的問題。即碳纖維表面呈亂層石墨結構，表面光滑且呈惰性，與聚合物基體之間無法實現良好的潤濕與結合，最終影響復合材料的界面性能及整體性能的發揮。

富勒烯作為第三種被發現的碳的同素異形體，也是目前已知的唯一可溶解且具有明確分子結構的碳材料，從發現之初便引起了人們的極大興趣。經過30多年的研究，富勒烯及其衍生物的化學和物理性質研究得到迅速發展，已經發現富勒烯具有優良的超導和磁性能、非線性光學效應及光學限幅效應等一系列奇異的光電磁等物理性質，在光調制、光開關、光電轉換等光電器件和通訊、太陽能電池、生物應用、光電催化等領域有著潛在的應用前景。富勒烯衍生碳材料主要是指C₆₀球形結構受到外界因素使之籠狀結構坍塌，繼而破碎或重構所形成的碳材料。富勒烯衍生碳材料中仍保留了大量的C₆₀碳五元環結構，具有豐富的本征缺陷，能提供大量的潛在活性位點，展現出更為優異的催化性能和電化學性能。

盡管富勒烯已經實現了一定程度的產業化，但是實現富勒烯及富勒烯衍生碳材料在上述領域的應用仍是較為困難的，這主要是基于其制備手段的限制。

現有技術中公開了物理噴束沉積、蒸鍍法等富勒烯成膜工藝。該成膜工藝存在成膜設備昂貴、操作步驟復雜、成膜效率較低的技術問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種富勒烯納米纖維薄膜、多孔碳纖維薄膜及其制備方法，由此解決現有技術存在成膜設備昂貴、操作步驟復雜、成膜效率較低的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種富勒烯納米纖維薄膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)將富勒烯充分溶解至富勒烯的良溶劑中得到混合溶液，將富勒烯的不良溶劑加入混合溶液，在富勒烯的良溶劑和不良溶劑的界面形成富勒烯納米纖維；

(2)將分離出的富勒烯納米纖維分散在富勒烯的不良溶劑中，得到分散液，對分散液依次進行抽濾、干燥，得到富勒烯納米纖維薄膜。

進一步地，所述抽濾的具體實現方式為：