[发明专利]一种借助固相剥离制备碳纳米管分散液的方法

说明书

本发明公开的一种借助固相剥离制备碳纳米管分散液的方法，包括以下步骤：将碳纳米管和固相分散剂均匀混合，得到混合物；将混合物球磨处理，得到固相剥离后的碳纳米管粉末；将固相球磨后的碳纳米管粉末分散到溶剂中，得到碳纳米管分散液；本发明在剥离过程中未使用任何溶剂，借助固相剥离制备出可长时间存储的、剥离后的碳纳米管粉末，以固相形式可长期保存，实现了随用随取，此外，剥离后的碳纳米管粉末，通过轻轻摇晃即可分散于水中，便于后续加工与应用。

技术领域

本发明涉及碳纳米管的分散领域，具体涉及一种借助固相剥离制备碳纳米管分散液的方法。

背景技术

碳纳米管是由sp2碳原子组成的一维管状材料，根据管壁的不同，碳纳米管可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管由于具有良好的共轭性、大的长径比、及高的比表面积等结构特性，在电学、光学、力学、磁学等方面均表现出优异的性能，从而被广泛的用于复合材料、超级电容器、场发射器件、吸波材料等领域。然而，由于管壁间强的π - π相互作用及差的溶解性，碳纳米管通常以团聚体（微观上）的形式存在，且不溶于水及各种常用的有机溶剂，从而极大限制了其在以上诸多领域的应用。因此，高效剥离碳纳米管集束、制备可溶（或可分散）的碳纳米管，进而通过溶液加工（如旋涂、印刷、滴膜等）的方式成型，对推进碳纳米管在众多领域的应用具有重要意义。

碳纳米管可溶化修饰的方法可分为共价修饰和非共价修饰两大类。共价修饰通常是通过酸处理使碳纳米管的侧壁或两端产生活性点，以便后续可溶性结构单元的接入；或者碳纳米管的管壁直接与某些特定的活性分子（如氮基、氨基酸等）进行环加成反应。非共价修饰则是通过利用可溶的分散剂分子与碳纳米管侧壁之间的π - π相互作用或者范德华力实现碳纳米管的增溶。共价修饰会破坏碳纳米管共轭结构的完整性，从而影响其性能。非共价修饰可在不破坏碳纳米管共轭结构完整性的同时，实现碳纳米管的可溶化，因而成为近些年研究的热点。

目前已报导的分散剂，有共轭小分子、聚合物、生物分子、离子型表面活性剂（如胆酸钠、十二烷基苯磺酸钠）等。以上分散剂在用于分散碳纳米管时，大都在液相中通过超声而实现，最终得到的为碳纳米管的分散液。然而，由于碳纳米管自身独特的结构特征，不同碳管管壁之间存在强的π - π相互作用，致使液相中的碳纳米管易发生缓慢聚集、沉降，不利于长时间保存及后续的加工应用。因此，开发一种非共价修饰的、可分散的碳纳米管粉末，以固相形式长时间保存，需要使用时分散于溶剂中，实现随取随用，对推进碳纳米管在各领域的应用有着重大意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种借助固相剥离制备碳纳米管分散液的方法。其中，固相剥离所得到的碳纳米管粉末，能以固相形式可长期保存，避免了液相中的缓慢聚集与沉降。此外，剥离后的碳纳米管，通过轻轻摇晃即可分散于水中，从而实现随取随用。

本发明解决的技术方案是，提供一种借助固相剥离制备碳纳米管分散液的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将碳纳米管和固相分散剂均匀混合，得到混合物；

（2）将混合物固相球磨处理，得到固相剥离后的碳纳米管粉末；

（3） 将固相球磨后的碳纳米管粉末分散到溶剂中，得到碳纳米管分散液。

优选地，还包括以下步骤：将碳纳米管分散液离心，除去分散性较差的少量聚集体。

优选地，所述粉状的碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管。

优选地，所述分散剂为胆酸钠、六羟基三亚苯、单宁酸、十二烷基磺酸钠、脱氧胆酸钠的一种。

优选地，所述球磨包括：每球磨0.5-1小时后，用药勺将贴于罐壁和罐盖上的粉末刮下，以便均匀混合，提高球磨效率。此外，间断性球磨也可保证球磨体系温度不会明显上升。上述过程循环N次，其中1≤N≤15。

优选地，所述球磨中的研磨球的直径为2～16 毫米。