泡沫金属-碳纳米管复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种泡沫金属‑碳纳米管复合材料及其制备方法。该泡沫复合材料包括泡沫金属基底层和基底层上的碳纳米管膜层，所述的碳纳米管膜厚度为0.1~10nm。一种泡沫金属‑碳纳米管复合材料的制备方法，具体包括清洗泡沫金属基底；将碳纳米管加入电解质和有机溶剂中得到混合电解液，超声1~5h；再以铂电极做阳极，以泡沫金属做阴极，放入混合电解液中，接通直流电源，电压80~160V，沉积时间1~50min，取出阴极材料，干燥，得到泡沫金属‑碳纳米管复合材料；所述的混合电解液中电解质的浓度为0.1~0.6mg/ml；所述的阴阳两极的平行间距为1~3cm。该复合材料具有较高的电磁屏蔽效能，可作电磁屏蔽材料。

Foamed metal carbon nanotube composite material and preparation method thereof

The invention relates to a metal foam carbon nanotube composite material and preparation method thereof. The foam composite material comprises a foam metal base layer and a carbon nanotube film layer on the base layer, wherein the thickness of the carbon nanotube film is 0.1~10nm. A metal foam carbon nanotube composite material preparation method, including cleaning of metal foam substrate; carbon nanotubes with mixed electrolyte, electrolyte and organic solvent in ultrasonic 1~5h; with platinum electrode as anode, the metal foam as the cathode, in mixed electrolyte, DC power supply, the turn-on voltage of 80~160V, deposition time 1~50min, remove the cathode materials, drying, foam metal carbon nanotube composite material; mixing the electrolyte concentration of electrolyte is 0.1~0.6mg/ml in parallel; the pitch of the Yin and Yang of the 1 ~3cm. The composite has high electromagnetic shielding effectiveness and can be used as electromagnetic shielding material.

【技术实现步骤摘要】
泡沫金属-碳纳米管复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料领域，尤其涉及一种泡沫金属-碳纳米管复合材料及其制备方法。
技术介绍
防止电磁波辐射造成干扰和泄漏已成为当今重要课题，电磁屏蔽是抗电磁干扰、治理电磁污染的有效手段，采用具有电磁屏蔽性能的结构功能材料是主要的解决方法之一。金属板是最早使用的电磁屏蔽材料之一，其电磁屏蔽效能较高，但是由于本身比较笨重，不能透气散热，并且耐腐蚀性较差限制了其使用范围。多孔泡沫金属较金属板具有较轻质量，较高比表面积，较好的导热导电性受到研究者的广泛关注，并且三维连通的多孔结构使得电磁波入射到孔洞中时产生反射和散射损耗，在一定波段内其相比于金属板电磁屏蔽效能并没有变差。而目前国内对于多孔泡沫金属用于电磁屏蔽材料的研究较为缺乏，有必要对其进行系统的功能化应用研究。碳纳米管的管状结构及小尺寸效应等结构上的特点使得其在宽频带具有电磁波吸收特性。目前对于碳纳米管电磁屏蔽效能的研究比较多，由于碳纳米管不具有磁性，其屏蔽效能主要依靠碳系材料的导电性和纳米结构的高比表面积，中国专利CN102153862A公开了一种聚苯胺/碳纳米管复合电磁屏蔽材料，该材料在8~12GHz频段内电磁屏蔽效能在2~7dB范围内。将碳纳米管与金属材料进行复合是提高其电磁屏蔽效能的有效方法，中国专利CN101979708A公开了一种碳纳米管镀银丙烯酸系电磁屏蔽涂料，该材料在3.95~5.85GHz频率范围内电磁屏蔽效能均可高于13dB。中国专利CN102391830A公开了一种铁氧体-碳纳米管复合材料，该复合材料在低温下仍可保持良好的电导率和吸波效能。中国专利CN102924717A公开了一种DBSA修饰的锰铜钴铁氧体填充的碳纳米管-聚吡咯复合吸波材料，该复合材料在2~18GHz频率范围内具有较好的吸波效能，其最小反射损失值可达-40~-50dB.但所举例子的电磁屏蔽材料均以二维的结构为主，相比于三维的透气网络，在比表面积和吸波效能上都略逊一筹，而且目前对碳纳米管与金属复合制备碳纳米管金属复合材料研究较多，其制备方法可以包括利用化学气相沉积(CVD)在泡沫金属基底上直接生长碳纳米管，或是制作碳纳米管溶液通过喷涂方法附着在金属基底上。CVD方法价格昂贵、仪器操作复杂；而喷涂方法效果不佳限制了其应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种泡沫金属-碳纳米管复合材料及其制备方法。将具有轻质、高比表面积、高传导的泡沫金属与具有结构尺寸优势的碳纳米管相结合制备泡沫金属-碳纳米管复合材料，通过二者界面的协同效应使得该复合材料具有较高的电磁屏蔽效能。一种泡沫金属-碳纳米管复合材料，其特征在于，包括一个泡沫金属基底和泡沫金属基底上的碳纳米管膜层，所述的碳纳米管膜厚度为0.1~10nm，所述的碳纳米管膜层由碳纳米管组成。一种泡沫金属-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：⑴清洗泡沫金属基底，去除表面氧化物，水洗净吹干备用；⑵改性碳纳米管：将碳纳米管和电解质加入有机溶剂中的得到混合电解液，超声1~5h，混合电解液中碳纳米管的浓度为0.1~0.6mg/ml，混合电解液中电解质与碳纳米管的质量比为1:1~2:1；⑶电泳沉积：以钼电极做阳极，以泡沫金属做阴极，放入上述混合电解液中接通直流电源，阴阳两极的平行间距为1~3cm，电压80~160V，沉积时间30~60min，取出阴极材料，干燥，得到泡沫金属-碳纳米管复合材料。所述泡沫金属基底层的金属选自铜、镍、银、铁、铜合金、镍合金或铝合金中一种或一种以上。所述的泡沫金属基底层上每英寸上的孔数为20~110个。所述的碳纳米管为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管和双壁碳纳米管中的一种或一种以上。所述的泡沫金属-碳纳米管复合材料，其特征在于所述的碳纳米管直径为2~50nm。所述的电解质为阳离子型强电解质。所述的阳离子型强电解质选自硝酸钙、硝酸镁、硝酸铝、二甲基二烯丙基氯化铵和聚二烯二甲基氯化铵中的一种或一种以上。所述的有机溶剂选自甲醇和异丙醇中的一种或两种的混合。本专利技术有益效果:1、本专利技术采用轻质、高比表面积、高传导的泡沫金属为基底，充分利用泡沫金属的三维连通骨架结构和碳系纳米材料优异的尺寸特性，制得的泡沫金属-碳纳米管复合材料既结合泡沫金属的轻质多孔、比表面积大和传导性能好的结构优势，又拥有碳纳米管作为碳系材料优异的尺寸特性，拓宽了电磁屏蔽材料的设计思路。2、本专利技术的泡沫金属为三维连通结构，多孔三维连通结构使得电磁波入射到该复合材料中时发生多次反射和散射损耗，难以从材料中逸出，直至被吸收，并且由于碳纳米管膜层的加入增加了一个阻抗不匹配界面，泡沫金属与碳纳米管二者的协同作用使得材料的吸收损耗大大增加，从而提高该复合材料的屏蔽效能。3、本专利技术选用介电常数和黏度都较佳的甲醇和/或异丙醇作为分散剂，使碳纳米管分散更均匀且具有较高的电泳速度。4、本专利技术采用电泳沉积技术制备泡沫金属-碳纳米管复合材料，该方法操作简单、周期短、成本低廉。附图说明图1为本专利技术材料的屏蔽性能检测图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不局限于实施例之表述。实施例1：(1)清洗泡沫镍基底：将PPI为20、90、110，厚度均为1.51mm的三种泡沫镍浸于丙酮与乙醇体积比为1:1的混合溶液中，超声清洗30min，之后在6mol/L的HCl溶液中浸泡30min去除表面氧化物，最后去离子水洗净，吹干；(2)改性碳纳米管：称取45mg直径为20~30nm多壁碳纳米管和150mg60°%二甲基二烯丙基氯化铵水溶液，加入150ml甲醇中配制碳纳米管浓度0.3mg/ml的电解液，室温下超声3h。(3)电泳沉积：以钼电极做阳极，步骤1中清洗干净的泡沫镍做阴极，平行的阴阳两极间的距离为2cm，阴极泡沫镍尺寸22.9mm*10.0mm，放入上述混合电解液中，接通直流电源，电压保持在120V，样品沉积30min后室温下自然干燥。经测量，碳纳米管膜厚度为1Mm。运用矢量网络分析仪对样品电磁屏蔽效能进行测试，测试频率范围为8~12GHz，测试了厚度为1.5mm，孔径分别为20PPI，90PPI，110PPI的泡沫Ni-CNTs复合材料在8~12GHz的电磁屏蔽效能。由检测结果可知随着孔径的减小，电磁屏蔽效能升高。这是因为孔径越小，相同体积下材料的孔个数越多，导致电磁波在泡沫材料内部的反射次数增多，吸收损耗和多次反射损耗增大。在8~12GHz范围内,20PPI该复合材料的平均SE约为15dB，90PPI该复合材料的平均SE约为30.5dB，而110PPI该复合材料的平均SE可达44.5dB，最高可达51.6dB。实施例2:选择孔径为110PPI，厚度分别为0.5mm，1.0mm，1.5mm的泡沫镍为研究对象，制备泡沫Ni-CNTs复合材料，其他同实施例1，碳纳米管膜厚度为1Mm。具体实验步骤如下：（1）清洗泡沫镍基底：将PPI为110,厚度分别为0.5mm，1.0mm，1.5mm的三种泡沫镍浸于丙酮与乙醇体积比为1:1的混合溶液中，超声清洗30min，之后在6mol/L的HCl溶液中浸泡30min去除表面氧化物，最后去离子水洗净，吹干；（2）改性碳纳米管：称取45mg直径为20~30nm多壁碳纳米管和150mg6本文档来自技高网...

【技术保护点】
泡沫金属‑碳纳米管复合材料，其特征在于包括一个泡沫金属基底和泡沫金属 基底上的碳纳米管膜层，所述的碳纳米管膜层厚度为0.1~10nm，所述的碳纳米管膜层由碳纳米管组成。

【技术特征摘要】
1.泡沫金属-碳纳米管复合材料，其特征在于包括一个泡沫金属基底和泡沫金属基底上的碳纳米管膜层，所述的碳纳米管膜层厚度为0.1~10nm，所述的碳纳米管膜层由碳纳米管组成。2.根据权利要求1所述的泡沫金属-碳纳米管复合材料，其特征在于所述泡沫金属基底的金属选自铜、镍、银、铁、铜合金、镍合金或铝合金中一种或一种以上。3.根据权利要求1所述的泡沫金属-碳纳米管复合材料，其特征在于所述的泡沫金属基底上每英寸上的孔数为20~110个。4.根据权利要求1所述的泡沫金属-碳纳米管复合材料，其特征在于所述的碳纳米管为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管和双壁碳纳米管中的一种或一种以上。5.根据权利要求1所述的泡沫金属-碳纳米管复合材料，其特征在于所述的碳纳米管直径为2~50nm。6.根据权利要求1所述泡沫金属-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：⑴清洗泡沫金属基底，去除表面氧化物，水洗净吹干备用；⑵改...

【专利技术属性】
技术研发人员：余兴华，易秋珍，钟建夫，朱济群，
申请(专利权)人：常德力元新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43