[发明专利]一种超短碳纳米管-石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于碳纳米管‑石墨烯复合材料制备领域，公开了一种超短碳纳米管‑石墨烯复合材料及其制备方法和应用。该制备方法包括：S1.将长度为310～600nm的超短碳纳米管与氧化石墨烯通过液相自组装法得到水溶性超短碳纳米管‑氧化石墨烯分散液；S2.在步骤S1中加入还原剂硼氢化钠，在反应温度为60～90℃，时间为30～120min的条件下，制备得到水溶性超短碳纳米管‑石墨烯复合材料。该方法工艺简单，能够制备相对均一的超短碳纳米管‑石墨烯复合材料，可用于电子设备热管理、热能储存领域。

技术领域

本发明涉及复合碳材料领域，更具体地，涉及一种超短碳纳米管-石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

碳纳米管是由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～20nm，长度在微米级，具有高表面积、高导电性和导热性等优良性能。

石墨烯是由碳原子以sp²杂化连接所形成的具有蜂巢结构的单原子层，目前是世界上最薄的二维材料，厚度仅为0.34nm，具有优良的机械性能，以及高表面积、高导电性、高柔韧性和导热性等优良性能。

由于这些优良的性能，碳纳米管和石墨烯受到了人们广泛的重视。为了更加充分地发挥两种材料的优点，人们采用合适的方法将两者结合起来，形成了碳纳米管-石墨烯复合材料，通过协同作用，发挥出比单一材料更优异的性能。

然而，由于碳纳米管的高长径比使得石墨烯片层之间的距离过大，导致石墨烯和碳纳米管容易脱落分离，复合材料的结构稳定性较差，性能难以长期保持。所以，碳纳米管-石墨烯复合材料的应用仍有所限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种尺寸相对均一的超短碳纳米管-石墨烯复合材料的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种超短碳纳米管-石墨烯复合材料。

本发明的另一目的是提供一种超短碳纳米管-石墨烯复合材料的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的；

一种超短碳纳米管-石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将长度为310～600nm的超短碳纳米管溶液与氧化石墨烯溶液通过液相自组装法得到水溶性超短碳纳米管-氧化石墨烯分散液，所述碳纳米管溶液浓度为0.25～2mg/mL，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.25～2mg/mL；

S2.在步骤S1中加入还原剂硼氢化钠，在温度为60～90℃，时间为30～120min的条件下，制备得到水溶性超短碳纳米管-石墨烯复合材料；

步骤S1中所述液相自组装法包括以下步骤，S11.在0～5℃条件下，分别超声分散所述超短碳纳米管分散液和所述氧化石墨烯分散液；S12.继续在0～5℃超声条件下将超短碳纳米管分散液逐滴加入氧化石墨烯分散液中；S13.滴加完毕后，继续超声自组装得到超短碳纳米管-氧化石墨烯复合材料分散液。

所述超声自组装的条件为：超声功率为30～60千瓦，反应时间为30～120min。

发明人制备得到的尺寸相对均一的超短碳纳米管通过液相自组装法将超短碳纳米管穿插于石墨烯片层间，进一步提高了复合材料的稳定性，通过超短碳纳米管和石墨烯之间的协同作用，提高了复合材料的导热性。

优选地，所述超短碳纳米管分散液与所述氧化石墨烯分散液的体积比为1：(0.25～4)。

优选地，步骤S1中所述超短碳纳米管通过将碳纳米管浸泡在发烟硫酸和硝酸的体积比为1：(1～5)溶液中制备得到。

优选地，步骤S1中所述氧化石墨烯通过将石墨置于磷酸和硫酸的体积比为1：(5～10)的溶液中制备得到。