[发明专利]一种自交联碳纳米纤维纸及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米级碳纤维领域，特别涉及一种特殊碳纳米纤维纸及其制备方法。

技术背景

广义的碳纳米纤维是一种相对于普通微米级碳纤维的纳米尺度的碳纤维，依结构可分为碳纳米管（空心碳纳米纤维）和实心碳纳米纤维，碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，而实心碳纳米纤维是由多层石墨片卷曲而成的纤维状纳米碳材料，它的直径一般在10nm-500nm，是介于普通微米级的碳纤维和碳纳米管的准一维材料。目前，碳纳米纤维制备主要有 3种方式：1. 石墨电弧法，1991年日本科学家Iijima首次观察到利用石墨电弧法制备的碳纳米管；2. 激光蒸发法，此法重要是用来合成单壁碳纳米管，此法产量低，成本高；3.  催化裂解法，也叫化学气相沉积法（CVD），此方法成本低，可实现大规模生产碳纳米管。

碳纳米纤维因其极高的电学特性、优良的力学性质以及高比表面积，具有良好的应用前景：例如，1997年Nature杂志报道了单壁碳纳米管储氢气可达10wt%，中国专利CN1398782，美国专利US2005118091以及日本专利JP2001146408都公开了不同形式的利用碳纳米管储氢的方法；2010年，Nature报到利用碳纳米管作锂电池阳极将电化学电容和法拉第反应电池结合，获得了高性能的锂电池，中国专利CN101346834公开一种碳纳米管表面包裹纳米级硅颗粒用于锂电池负电极；中国专利CN101817518利用碳纳米纤维制备燃料电池的电极基材;2010年Composites杂志报道了利用碳纳米纤维制成复合纸用于防雷击。总而言之，碳纳米纤维在储氢材料、高性能锂电池、燃料电池电极、电磁屏蔽材料上有良好的应用前景。

然而，分散的孤立的碳纳米纤维是很难直接应用，必须将其制成宏观的基材，同时不失其纳米材料的性能，才能便于应用。碳纳米纤维纸就是这样一种良好的基材。碳纳米纤维纸是将碳纳米纤维（包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和实心的碳纳米纤维中的一种或混合）制成纸状成为一个宏观便于应用的基材，碳纳米纤维疏松交联在一起，保持了碳纳米纤维高比表面积，高导电性的特性。

制备碳纤维纳米纸，要增加碳纳米纤维的留着，通常需要增加絮凝剂，要增加其力学性质需要用到粘合剂。这样就相当于给碳纳米纤维纸的添加了一些杂质。这些杂质在有些方面会影响到碳纳米纤维纸的应用，比如电化学分析电极，锂电池阳极材料分析等精密分析领域。因此，开发一种不需要絮凝剂和粘合剂的碳纳米纤维纸迫在眉睫。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种不含絮凝剂和粘合剂的碳纳米纤维纸；另一目的在于提供一种制备不含絮凝剂和粘合剂的碳纳米纤维纸的方法。

本发明第一目的是这样实现的，包括纳米级碳纤维，部分纳米碳纤维表面接枝羧基，部分碳纳米纤维表面接枝胺基，碳纳米纤维之间依靠静电吸引力和结合。所述纳米级碳纤维可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和是实心碳纳米纤维中的一种或者混合。

本发明另一目的是这样实现的：将一部分碳纳米纤维表面进行羧基修饰，另一部份碳纳米纤维表面进行胺基修饰；然后将两部分碳纳米纤维分别置于水中，配合分散剂，充分分散；调节两部份碳纳米纤维分散液至相同的pH值；将两部分碳纳米纤维分散液充分混合，调节pH值至中性；最后过滤、压榨、烘干，即可制成碳纳米纤维纸。

所述羧基化为，将其置于体积比1:3 的HNO₃/H₂SO₄混合液或体积比为1:4的H₂O₂/H₂SO₄混合液或者配合使用，反应2-6h。

所述分散剂是十二烷基硫酸钠（SDS）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、油酸钠、月桂醇硫酸钠。

所述分散剂浓度为0.005mol/L~0.1mol/L。

所述相同的pH值的范围是：pH大于9或小于5。

所述过滤过程为自然过滤或真空负压过滤。

所述烘干条件可以是常用烘干也可以是低压快速烘干，烘干温度40~120℃。

本发明碳纳米纤维纸，通过胺基和羧基的静电引力结合，无需絮凝剂和粘合剂即可自然成纸。因此，可方便应用于电化学分析的精密分析领域。

附图说明

图1为本发明工艺流程框图；