[发明专利]一种微尺度碳纳米管材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微尺度碳纳米管材料及其制备方法，碳纳米管阵列束的直径为1～20μm，碳纳米管阵列束中所有碳纳米管的取向一致；制备方法包括：首先制备“六枝状”CNTs/Al₂O₃杂化结构；将杂化结构加入到氢氧化钠溶液中，在50～70℃下离心，或者超声振荡，得到微尺度碳纳米管阵列束。本发明制备的微尺度碳管阵列束相比于宏观尺度碳纳米管阵列更易处理且易于大规模生产。微尺度的碳管阵列束中去除了载体，其构成的复合材料相对于多尺度杂化结构重量大大减小，性能更加优异。

技术领域

本发明属于碳纳米管阵列制备技术领域，具体涉及一种微尺度碳纳米管材料及其制备方法。

背景技术

自从1991年碳纳米管被发现以来，碳纳米管由于其独特的管状准一维结构和优异的物理化学特性，引起了世界范围内研究者的广泛关注。这种独特的结构和优异的特性使得碳纳米管在很多领域显现出巨大的应用前景，如复合材料、场发射器件、纳米尺度电子器件、传感器、电子显微镜探针等。在这些潜在的应用中，将碳管作为填料加与聚合物矩阵中形成多功能复合材料，是短期内最有可能实现的工业化应用。

尽管碳管改性的聚合物复合材料的各种性能都有了大幅度的提升，但是由于碳纳米管纳米级的表面特征和易于弯曲缠绕的特点，使得碳管在聚合物中不易分散，经常团聚在一起，这大大影响了复合材料的性能。为了更好改善碳管在聚合物中的分散性，提高复合材料的性能，同时又不破坏碳管本身的结构，基于碳纳米管的纳/微米复合杂化结构的概念被提出：将纳米尺度的碳管按一定方式原位生长在特定的微米尺度载体上，构成纳/微米复合杂化结构。由于尺度从纳米增加到微米级别，这些杂化结构相比于独立的碳纳米管更容易分散。发明人所在课题组成功制备了CNT/Al₂O₃杂化结构，将CNT/Al₂O₃杂化结构用于复合材料中时，尽管分散性提高了，但是杂化结构中Al₂O₃微米球载体的缺点也暴露了出来，比如Al₂O₃密度大、导电导热性能较差等，另外由于宏观尺度的碳管阵列一般生长在平的衬底上，因此，衬底的尺寸限制了其规模化生产，宏观尺度碳管阵列在复合材料中的分散同样存在问题，工艺比较复杂。

发明内容

针对现有技术中CNT/Al₂O₃杂化结构存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种微尺度碳纳米管材料及其制备方法，解决载体带来的密度大、导电导热性能较差的缺点，最大限度的保留碳管阵列束的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种微尺度碳纳米管材料，该材料由微尺度碳纳米管阵列束单体组成，所述的碳纳米管阵列束单体的直径为1～20μm。

微尺度碳纳米管材料的制备方法，具体包括以下步骤：

将CNT/Al₂O₃杂化结构加入到氢氧化钠溶液中，在50～70℃下混合，或者将CNT/Al₂O₃杂化结构振荡，以去除CNT/Al₂O₃杂化结构中的Al₂O₃载体，得到微尺度碳纳米管阵列束。

进一步的，将CNT/Al₂O₃杂化结构加入到氢氧化钠溶液混合，得到混合液，将混合液在50～70℃温度下洗涤离心。

进一步的，所述的氢氧化钠溶液浓度为20～40％，

进一步的，所述的振荡采用超声振荡，时间为60～120min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：