[发明专利]一种高温碳化的芳纶纳米纤维导电材料及其制备方法

说明书

本发明一种高温碳化的芳纶纳米纤维导电材料及其制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，将芳纶纳米纤维分散液用去离子水疏解后依次进行真空辅助过滤和干燥，得到芳纶纳米纤维柔性薄膜；步骤2，在惰性气体或氮气的保护下，将芳纶纳米纤维柔性薄膜在500～900℃下碳化，得到高温碳化的芳纶纳米纤维导电材料；该碳化材料中苯环含量高，化学性质稳定，碳化过程中进行温度调控，实现了具有不同电导率材料的制备，为碳化材料的应用提供了更加宽广的应用区间，既可保证材料极少的质量流失和结构大的变化，又不用氧化稳定处理，为制备完整的导电材料创造了良好的前驱体条件。

技术领域

本发明属于膜材料制备与功能性材料制备交叉技术领域，具体为一种高温碳化的芳纶纳米纤维导电材料及其制备方法。

背景技术

近年来通过高温碳化将有机材料碳化制备形态各异的碳质材料是高性能材料制备的可行途径，如纤维素、木素、合成纤维等已成为常见的碳化有机前驱体。通过碳化制备的材料，除了具有一定的导电特性，还在吸附、催化、电极材料等方面存在潜在优势。另外相比金属材料密度大、易腐蚀等特性，碳系材料拥有更加广阔的应用空间。因而制备拥有特定形貌、特定功能的碳材料一直是这几年人们探索的热门方向。选择合适的有机前驱体是制备碳材料的必要条件，普通有机物碳化需要氧化稳定处理以提升材料碳产率。以高取向度、高结晶度、高含碳量的聚酰亚胺、芳纶、涤纶等高性能合成纤维为前驱体则易获得高差率和低缺陷的碳质材料，是较为理想的选择。

芳纶纤维是由酰胺键和苯环交替线性链组合而成，自身含碳量高，属性接近于无机材料，具有高取向和高结晶度，因而机械性能和热稳定性优异。2011年有人提出将芳纶纤维通过氢氧化钾和二甲基亚砜进行化学裂解，可以制备芳纶纳米纤维，从而开辟了芳纶纳米材料应用的新纪元。和其他有机纳米材料类似，芳纶纳米纤维具有易成型、性质稳定等特点，可制备透明的光学用膜、微电子用高性能绝缘材料和轻质高模量材料。

以芳纶纳米纤维材料为碳化前驱体能减少相比普通有机材料所需要的氧化稳定处理阶段，从理论上讲是制备碳材料较为理想的有机前驱体，然而热裂解芳纶时的碳保留量约为40％，碳化时需要进一步提高碳产率，才能得到具有一定导电特性的碳质材料。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高温碳化的芳纶纳米纤维导电材料及其制备方法，操作方便，成本低，得到的导电材料电导率高、轻质，有望用于静电防护、电磁防护领域。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种高温碳化的芳纶纳米纤维导电材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将芳纶纳米纤维分散液用去离子水疏解后依次进行真空辅助过滤和干燥，得到芳纶纳米纤维柔性薄膜；

步骤2，在惰性气体或氮气的保护下，将芳纶纳米纤维柔性薄膜在500～900℃下碳化，得到高温碳化的芳纶纳米纤维导电材料。

优选的，步骤1中，按1:(4～8)的体积比，将芳纶纳米纤维分散液和去离子水进行疏解。

优选的，步骤1中，所述的疏解在转数为20000～40000转的条件下进行。

优选的，步骤1中，真空辅助过滤在真空度为0.8～1.0MPa的条件下进行。

优选的，步骤1中，所述的干燥为恒温干燥，干燥温度为90～105℃。

进一步，芳纶纳米纤维分散液真空辅助过滤后，在所述的干燥温度下干燥8～12min。

优选的，步骤2中，芳纶纳米纤维柔性薄膜在所述的碳化温度下保温1～4h。

优选的，步骤2中，所述的碳化从室温开始升温，升温速率为1～10℃/min。

优选的，步骤2中，惰性气体或氮气的气体流速为20～400ml/min。