[发明专利]一种碳基无粘结剂复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种碳基无粘结剂复合材料，其特征在于，包括基体，碳膜和结构碳，碳膜负载在基体表面，与碳膜一体成型的纳米结构碳生长在碳膜上。

2.根据权利要求1所述的碳基无粘结剂复合材料，其特征在于，所述基体材料是除有机物以外的所有室温为固体的材料并且不限定任何形状，包括颗粒，纤维，薄膜，板材,块体，实心，空心，多孔，互通孔，多孔网，编制网，所述基体的表面的大小从0.1平方纳米到10亿平方米。

3.根据权利要求1所述的碳基无粘结剂复合材料，其特征在于，所述碳膜中包括碳元素以及除碳以外的其他元素中的一种或多种，催化剂碱金属和碱土金属元素的含量0.0000000000001％-99.99％，其他元素含量为0.0000000000001％-99.99％质量份数，所述碳膜厚度为0.01纳米～1毫米，所述碳膜是连续或者非连续覆盖基体。

4.根据权利要求1所述的碳基无粘结剂复合材料，其特征在于，结构碳中包括碳元素以及除碳以外的其他元素中的一种或多种，催化剂碱金属和碱土金属元素的含量0.0000000000001％-99.99％，其他元素的含量为0.0000000000001％-99.99％质量份数，结构碳是任意形状的碳包括规则，不规则的碳纤维，碳纳米管和异形碳。

5.一种权利要求1-4任一项所述的碳基无粘结剂复合材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(A1)将催化剂混合物涂覆在基体表面并在一定条件下干燥；

(A2)将负载有催化剂混合物的基体置于一定气氛的加热炉中加热到-50℃～1500℃之间的任意温度并保温0～1000小时，使催化剂混合物分解熔化，混合均匀，浸润基体表面，有利于下一步形成厚度均匀、结构形貌一致性高的碳膜；

(A3)然后调节加热炉中的气氛，替换步骤(A2)中的气氛，同时将加热炉调节到-50℃到1500℃之间的反应温度，根据需要调整加热炉中的气氛并向加热炉中注入含碳有机物，加热0～1000小时，在该气氛下，含碳有机物在催化剂的作用下反应，生成覆盖基体的碳膜和碳膜表面的结构碳；

(A4)停止加热并根据需要调整加热炉中的气氛，避免冷却过程中副反应，冷却到-50℃～100℃，得到碳基无粘结剂复合材料；

所述步骤(A2)、(A3)和(A4)中的气氛根据实际反应过程调整，相邻步骤之间的气氛可以一致也可以不一致，当相邻步骤之间的气氛一致时，省略后续步骤中气氛的调整。

或包括如下步骤：

(B1)将催化剂混合物涂覆在基体表面并干燥后将含碳有机物涂覆在此基体上制备成反应前驱体，或将催化剂混合物和基体混合，然后再与含碳有机物混合，制备成反应前期驱体；

(B2)将反应前驱体放在有一定气氛的加热炉中加热到-50℃～1500℃之间的任意温度并保温0～1000小时，生成覆盖基体的碳膜和碳膜表面的结构碳；

(B3)停止加热并根据需要调整加热炉中的气氛，避免冷却过程中副反应，冷却到-50℃～100℃，得到碳基无粘结剂复合材料。

所述步骤(B1)中，对于颗粒状基体特别适合将催化剂混合物与基体和含碳有机物混合制备成反应前驱体，而对于薄膜，板材和块体特别适用于将催化剂混合物涂覆在基体表面后将含碳有机物涂覆在基体上制备成反应前驱体，

所述步骤(B2)和(B3)中的气氛根据实际反应过程调整，相邻步骤之间的气氛可以一致也可以不一致，当相邻步骤之间的气氛一致时，省略后续步骤中气氛的调整。

6.根据权利要求5所述的碳基无粘结剂复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤(A1)和(B1)中的需要涂覆的基体可以采用各种方法进行表面清洗，清洗完后在适宜条件下干燥，干燥温度为-50℃到1000℃,干燥时间为0-1000小时，步骤(A1)和(B1)中采用喷涂、浸涂、擦涂、刮涂、刷涂、淋涂、揩涂、辊涂、印刷、打印等方法将催化剂混合物涂覆在基体上，然后将涂覆后基体在任何适宜的气氛下干燥，所述步骤(A1)和(B1)中催化剂是指碱金属和碱土金属的单质、有机化合物以及无机化合物中的一种或多种的混合。