[发明专利]碳纳米管阵列材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纳米管材料技术领域，尤其涉及一种碳纳米管阵列材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要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2～20nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。碳纳米管自上世纪90年代被发现以来，由于其独有的结构和特殊的物化特性以及潜在的应用前景引起了各国科学家的极大兴趣，是物理学、化学、材料学等领域的研究热点之一。

碳纳米管材料的制备方法大体上分为两个阶段：即包括碳纳米管初步生长和进一步纯化。目前，碳纳米管材料制备纯化过程一般是将初步生长的碳纳米管置于纯化炉中进行高温真空纯化。纯化炉又称高温石墨化炉，专用于碳纤维等复合材料的纯化处理，其炉腔最高温度可达3000℃，现有用于碳纳米管材料制备的纯化炉一般只有一个炉腔，碳纳米管材料制备的高温纯化过程一般是将初步生长的碳纳米管物料在常温下先装入纯化炉的炉腔内，待炉腔内抽真空，且真空度达到纯化的要求后开始加热处理，纯化结束后将炉腔降温到室温取料，然后放下一批料进行同样的操作。这种高温纯化过程的不能实现连续化生产，而且间歇式的生产方式会浪费大量的时间在炉腔的升温和降温阶段，因此，造成碳纳米管材料的制备方法效率低、耗能高的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种碳纳米管阵列材料的制备方法，旨在解决现有碳纳米管材料的制备方法效率低、耗能高等技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种碳纳米管阵列材料的制备方法，包括如下步骤：

获得片层结构的催化剂载体；

在550-1500℃条件下，采用化学气相沉积法在所述催化剂载体的片层之间生长初始碳纳米管，其中，所述化学气相沉积法的工作气体包括碳源；

将所述初始碳纳米管通过纯化炉进行高温纯化处理得碳纳米管阵列材料，其中，所述高温纯化的温度为900-3000℃；

所述纯化炉的炉腔内依次设置有用于预存所述初始碳纳米管的第一腔体、用于纯化所述初始碳纳米管的第二腔体和用于冷却纯化后的所述碳纳米管阵列材料的第三腔体，所述第一腔体与外界通过可开关的第一密封隔板隔开，所述第一腔体与所述第二腔体通过可开关的第二密封隔板隔开，所述第二腔体与所述第三腔体通过可开关的第三密封隔板隔开，所述第三腔体与外界通过可开关的第四密封隔板隔开；

且所述纯化炉设置有与所述第一腔体、所述第二腔体和所述第三腔体分别对应的第一抽真空装置、第二抽真空装置和第三抽真空装置，所述第一腔体抽至预定的真空度值后再将第一腔体内的所述初始碳纳米管输送至始终保持该预定的真空度值的第二腔体内，所述第三腔体抽真空后冷却纯化后的所述碳纳米管阵列材料。

本发明提供的上述碳纳米管阵列材料的制备方法，以片层结构的催化剂载体生长碳纳米管，使其具备很好取向的阵列结构，分布在层状材料的片层之间；同时通过特有的纯化炉结构进行纯化处理，因该特有的纯化步骤具有纯化速度快、纯化度高的特点，使本方法能连续化生产碳纳米管阵列材料，节约了大量时间和能量，提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于制备碳纳米管阵列材料的纯化炉结构图；

图2为本发明实施例提供的碳纳米管阵列材料的制备系统示意图；

其中，附图标记说明如下：

11：第一腔体；

12：第二腔体；

13：第三腔体；

21：第一密封隔板；

22：第二密封隔板；

23：第三密封隔板；

24：第四密封隔板；

31：第一抽真空装置；

32：第二抽真空装置；

33：第三抽真空装置；

4：传送轨道。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种碳纳米管阵列材料的制备方法，该方法具体包括如下步骤：

S01：获得片层结构的催化剂载体；