[发明专利]金属盐包覆碳纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新材料制备技术领域，尤其涉及一种金属盐包覆碳纳米材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着微电子集成与组装技术迅速发展，电子电路逐渐小型化、轻量化以及高度集成化，对材料的电性能、机械性能、可加工性等提出了更高要求。在高功率电子应用中，如电动汽车、电力系统、激光武器等，要求能量在短时间内快速存储和释放，而传统电池及电气双层电容器(超级电容器)难以实现，需要开发高能量密度存储材料，即高介电常数、低介电损耗的电介质材料。

选择导电碳材料填充聚合物或其他基体并制备出复合电介质材料是一种制备高能量密度存储材料的有效方式。添加少量的碳材料(如炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等)即可获得高介电常数，同时具有较好的机械及加工性能。在导电碳材料填充量接近复合体系的逾渗值时，材料将具有较高介电常数，不过，此时的介电性能对导电碳材料含量、环境因素等相当敏感，造成材料在加工和使用过程中性能不稳定。目前研究工作表明，碳材料易发生团聚，尤其是纳米尺度的碳材料，较难在聚合物或其他基体中均匀分散，或者由于碳材料与基体之间的界面相容性差而使材料内部产生孔隙和缺陷，从而使复合材料的介电损耗提高，击穿强度下降。化学修饰虽然可以阻止碳材料团聚，提高其在基体中的分散性并能改善两者之间的界面相容性，进而获得较高的介电常数，但是难以避免导电碳材料直接接触，尤其是在电场方向形成导电同路，材料的介电损耗仍然较高，也会导致电介质材料的性能不稳定。因此，如何确保复合材料具有高介电常数的同时，降低其介电损耗、保持性能稳定一直都是电介质材料研究的重点和难点。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种金属盐包覆碳纳米材料的制备方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明按照以下步骤进行：

步骤1，超声分散碳材料、阴或阳离子表面活性剂及蒸馏水，形成稳定均匀的悬浮液；

步骤2，在高速搅拌下往步骤1所得的悬浮液加入易溶于水的金属盐A溶液；

步骤3，缓慢滴入能与金属盐A溶液发生沉淀反应的金属盐B溶液；

步骤4，将步骤3所得的混合液经离心、干燥等步骤后，即制得。

本发明的特征还在于，进一步的，所述步骤1中，碳材料为炭黑、碳纤维、碳纳米管与石墨烯中的任意一种。

进一步的，所述步骤1中，阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、苯乙烯马来酸酐共聚物中的任意一种。

进一步的，所述步骤1中，阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、阳离子聚丙烯酰胺中的任意一种。

进一步的，所述步骤1中，若采用阴离子表面活性剂，所述步骤2中的金属盐A溶液则为氯化钡、氯化钙和硝酸铅溶液中的任意一种；所述步骤3中的金属盐B溶液为碳酸钠、硫酸钠、碳酸钾、硫酸钾和钨酸钠溶液中的任意一种。

进一步的，所述步骤1中，若采用阳离子表面活性剂，所述步骤2中的金属盐A溶液为碳酸钠、硫酸钠、碳酸钾、硫酸钾和钨酸钠溶液中的任意一种；所述步骤3中的金属盐B溶液则为氯化钡、氯化钙和硝酸铅溶液中的任意一种。

进一步的，所述步骤1中，碳材料与离子型表面活性剂及水的质量份数比为1：5～60：200。

进一步的，所述步骤2中，碳材料与金属盐A溶液中金属盐A及水的质量份数比为1：3～30：200，所述步骤3中，金属盐B溶液中的金属盐B含量与金属盐A等摩尔质量。

进一步的，所述步骤4中，将步骤3所得的混合液经离心、干燥等步骤后，即制得金属盐包覆碳材料的核壳结构。具体步骤为：将混合溶液分批次置于高速离心机中离心处理，回收固体物质并用去离子水洗涤、再次离心，重复多次；将所得到的固体物质在80℃的真空烘箱中干燥24小时。

采用湿化学法制备出一种以低电导率的金属盐包覆导电碳材料的核壳结构。低电导率金属盐(陶瓷结构)可以防止碳材料团聚，更重要的是避免碳材料直接接触，为制备高介电常数、低介电损耗等介电性能的电介质材料奠定基础。该制备方法操作简便、工艺稳定、成本低廉、材料结构可控，具有很好的应用价值。

本发明的有益效果在于：