[發明專利]一種玻璃碳體材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110077209.8
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112830784B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 張壯飛;范靜哲;沈維霞;房超;張躍文;王倩倩;陳良超;萬彪;賈曉鵬
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C04B35/528
• 分類號: C04B35/528;C04B35/622;C04B35/645
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 徐云俠

本發明屬于無機非金屬材料領域，涉及一種玻璃碳體材料及其制備方法，具體是以納米金剛石為前驅物，經真空放電等離子燒結得到所述玻璃碳體材料。本發明提供的玻璃碳體材料的制備方法，采用單一納米金剛石材料作為前驅物，即可簡單、快速、高效地制備得到玻璃碳體材料。

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料領域，涉及一種玻璃碳體材料及其制備方法。

背景技術

玻璃碳是一種非晶、無定形碳材料，具有優異的性能，如導電性好、化學穩定性高、熱膨脹系數小，質地堅硬、氣密性好等，在電化學電極和半導體加工領域應用極為廣泛。

傳統玻璃碳是將有機樹脂類材料經過真空惰性氣體高溫熱處理后制備得到的，此過程較為復雜、周期長，其核心本質為sp2成鍵形態的不定形碳(非晶碳材料)，同時樹脂材料本身存在碳、氫、氮、氧等，經處理后體系內還會殘留氮、氫、氧等，對玻璃碳的電學和機械性能有一定影響。

發明內容

本發明提供一種玻璃碳體材料的制備方法，采用單一納米金剛石材料作為前驅物，即可簡單、快速、高效地制備得到玻璃碳體材料。

本發明提供的玻璃碳體材料的制備方法，是以納米金剛石為前驅物，經真空等離子燒結后制得所述玻璃碳體材料。

優選地，所述放電等離子燒結是在真空條件下，先控制壓力為30MPa，以100℃/min升溫速率升溫至800℃，保溫2min；再將壓力升高至50-100MPa，以100℃/min升溫速率升溫至1400℃，保溫5-10min。

優選地，所述納米金剛石的粒徑為5-50nm。

優選地，所述真空是真空度低于10Pa。

優選地，所述納米金剛石在等離子燒結前依次經酸洗、堿洗、去離子水洗滌，再進行真空干燥處理。

本發明還提供一種上述任一方法制備得到的玻璃碳體材料。

對比現有技術，本發明的有益效果為：

1、利用sp3成鍵狀態的純無機材料納米金剛石為前驅物，經真空放電等離子體燒結過程時，納米金剛石sp3成鍵狀態的碳-碳鍵會向sp2碳-碳鍵轉化，轉化過程逐層進行，從外層開始逐漸到納米金剛石核心，轉化后的碳層呈無序分布，碳由納米金剛石碳轉變為無序非晶碳，生成不規則、無序的石墨烯條帶，且由于放電等離子燒結是壓力燒結，所以這種無序的不定形碳體積會收縮、擠壓成致密塊體，相比傳統樹脂類熱處理工藝，此制備工藝相對簡單；

2、在燒結階段施加50-100MPa范圍內的不同壓力，在1400℃下保溫5-10分鐘即可將分散的納米金剛石轉化為玻璃碳體材料，制備方式成本低、無污染、工藝簡單，且可以通過調節燒結溫度和時間調節玻璃碳內石墨烯條帶的組成及成鍵比例，實現調控sp3碳向sp2碳轉化的轉化率，進而實現調控玻璃碳體材料的物理和電學性能，制得的玻璃碳體材料具有高電導率、高硬度特性，適用于工業化生產；

3、燒結的玻璃碳體材料毛坯經拋光機拋光后顯現玻璃特征，表面拋光后可達到鏡面效果，具有極高光潔度。

附圖說明

圖1是納米金剛石前驅物的透射電鏡圖；

圖2是玻璃碳體材料的透射電鏡圖；

圖3是玻璃碳體材料的外視圖。

具體實施方式

下面通過實施例進一步描述本發明，但是本發明不受這些實施例的限制。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。

實施例1