[发明专利]一种具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布的制备方法。该制备方法先采用电弧放电法制备得到单壁碳纳米管溶胶，再将单壁碳纳米管溶胶通过气体过滤吸附成型法使单壁碳纳米管溶胶实现自主装沉积，形成布状夹层结构产物，最终制备得到高电导率的具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布。该单壁碳纳米管布的拉曼表征Isubgt;G/subgt;/Isubgt;D/subgt;为60以上，密度在0.05～0.1g/cmsupgt;3/supgt;，最大拉伸强度为7.4MPa，电导率为0.2～5.0S/cm，具有轻质高强导电好的特点。同时单壁碳纳米管布不用经过后续处理，直接按尺寸裁剪使用，具有优异的电磁屏蔽性能，在8.2～12.4GHz频率范围内的电磁屏蔽值始终保持在‑55dB附近，具有重要的商业化及军事方面的应用价值。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布的制备方法。

背景技术

碳纳米管(CNT)是由石墨烯片层卷曲而成的具有较大长径比的新型纳米碳材料。通常，按照石墨烯片层的层数，可以分为：单壁碳纳米管(SWCNT)、双壁碳纳米管(DWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT)。与多壁碳纳米管相比，单壁碳纳米管具有更多的结构特点和性能优势：单壁碳纳米管的直径分布范围更小，通常在0.4-2nm；同时缺陷少，具有更高的石墨化程度和结晶性。因此，单壁碳纳米管具有高透光性、高导电、高载流子迁移率等诸多优异性能。此外，单壁碳纳米管在材料力学、机械性能、电化学性能、电磁屏蔽等方面也具有更高的开发潜力。目前，小批量制备单壁碳纳米管的主要方法为浮动化学气相沉积法(FCCVD)和电弧放电法。经过多年的积累和探索，我们采用电弧放电法制备单壁碳纳米管的技术取得了很好的效果，但目前市场仍处于培育阶段，能高效、大批量制备出高品质、低成本的单壁碳纳米管具有重大意义。

电磁屏蔽材料通常是使用涂层、沉积、浸渍、溅射、纺织等方法使材料附着或穿戴到受屏蔽物表面，能够减少电磁波辐射对人体或者电子设备的损害。单壁碳纳米管不仅具有优异的力学强度，而且具有优异的导电性，设计合适结构的具有良好阻抗匹配的单壁碳纳米管材料将在电磁屏蔽应用上具有天然优势。在单壁碳纳米管制备出的宏观结构上，通常是以粉体的形式存在居多，也可以以膜的形式生产出。通常碳管薄膜是在制备出的单壁碳纳米管在产量较低的情况下，通过推挤法、剪切压制法和干拉等方法使碳管组装成型形成的。单壁碳纳米管薄膜可以直接形成器件使用，在透明导电膜、传感器、集成电路等方面具有应用前景。现有技术中采用一氧化碳为碳源化学气相沉积法制备的在柔性基材上沉积的单壁碳纳米管膜，具有透明导电的特点，但碳纳米管需要沉积在基底材料上。还有在碳纳米管表明增加非晶碳作为缓冲层结构的用于电磁屏蔽的薄膜，虽然具有很好的屏蔽效果，但材料尺寸不易控制与放大。也使用化学交联MXene包覆的碳纳米管复合薄膜，经过化学交联处理后的薄膜具有了力学强度，能够实现大尺寸的制备，具有优异的电磁屏蔽性能。以及将碳纳米管分散液经过多次的浸渍干燥后沉积到修饰的非织造布上，形成了宏观上的碳管布。通过这些方式制备出的单壁碳纳米管薄膜由于单壁碳纳米管的产率限制，形成的薄膜通常需要沉积到如PET膜、纤维素膜、尼龙膜等基底材料上，一定程度上限制了其应用，同时在强度、柔韧性和防止脱落等方面也具有缺陷。这在作为尺寸可以定制具有可穿戴等功能的电磁屏蔽材料应用方面将受到很大的限制。

发明内容

本发明公开了一种具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布的制备方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：一种具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布的制备方法，所述制备方法先采用电弧放电法制备得到单壁碳纳米管溶胶，再将单壁碳纳米管溶胶通过气体过滤吸附成型法使单壁碳纳米管溶胶实现自主装沉积，形成布状夹层结构产物，最终制备得到高电导率的具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布。

进一步，所述制备方法具体包括以下步骤：

S1)以适量配比的催化剂和助剂作为阳极，以电极棒为阴极，形成电弧反应区，通入碳源气体裂解后制备得到单壁碳纳米管溶胶；