【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一维纳米材料和铜基碳纳米管复合材料的制备，特别涉及复合材料微观界面的设计与构筑。
技术介绍
1、众所周知，碳纳米管（carbon nanotube, cnt）密度小、刚性大，具有优异的物理、化学性能，广泛地影响着物理、化学、材料、电子等领域，具有极大应用潜力。也正得益于cnt优异的弹性模量、导热性、导电性以及低的热膨胀系数，金属与cnt复合后会得到硬度、导热性和导电性的改善，以及实现轻量化。因此，cnt常常作为铜基复合材料的强化相，应用于铜基、铝基、铁基、镁基、锌基、镍基，甚至钢等金属的块材、线材或板材。
2、对于复合材料而言，界面内化学组分、原子排列、性能以及两相结合情况对复合材料的宏观性能有直接影响。因此，铜基碳纳米管复合材料的微观界面构筑以及宏观材料的制备方法至关重要。目前，cnt与铜基体的微观界面连接方式主要分为两种：以范德华力为主的物理吸附和通过化学键结合的化学键合。相比较而言，化学键合比物理吸附的结合力更强。铜基碳纳米管复合材料的制备方法以粉末冶金法为主，即首先获得碳纳米管与铜基体的预混粉末，再通过粉末冶金中的成形技术获得相应产品，其中预混粉末的制备方法主要有：机械混合、熔融混合、溶液混合、原位生长等。此外，还有电镀沉积、搅拌铸造等方法用于制备获得铜基碳纳米管复合材料。
3、作为铜基体增强相的碳纳米管主要是单层碳壁卷曲而成的单壁碳纳米管（swcnt）和多层卷曲而成的多壁碳纳米管（mwcnt）。受限于碳纳米管自身特性，在使用前往往需要进行表面氧化处理或在碳纳米管表面采用化学镀的方式
4、因此，众多研究人员针对上述问题做了大量研究，使得cnt强化的铜基复合材料在性能上均有不同程度的提升。但是，界面结合强度、均匀性、手性影响等问题依然存在，复合材料的性能提升仍低于理论值，且往往无法兼顾力学与电学或热学性能。有研究人员尝试将基体元素镶嵌入碳纳米管的管壁上，或者提高碳纳米管在铜基体中的分散性以获得准连续网络结构，使得铜基碳纳米管复合材料的性能可得到明显提升，但性能提升已达瓶颈。有研究表明，铜基碳纳米管复合材料的理想界面结合结构应是由连续的基体组成，且均匀分布高体积分数的无序排布的cnt。然而，由于swcnt和mwcnt的管壁均是由完整碳壁片层卷曲而成，具有封闭的管状结构，基体的连续性遭到破坏。因此，铜基碳纳米管复合材料性能的进一步提升需获得理想界面结合结构，但目前所使用的cnt无法实现。
技术实现思路
1、针对目前铜基碳纳米管复合材料性能进一步提升遇到的瓶颈问题，本专利技术目的是提供一种基体可连续的铜基碳纳米管复合材料的网络界面设计与制备方法，以非晶碳纳米管为强化相，利用其管壁大量缺陷引起的介孔结构，构筑基体可连续的铜基网络界面，获得基体的性能与结构连续性，打破碳纳米管手性、各向异性以及分散性对铜基复合材料性能的影响，实现性能的进一步的提升。
2、本专利技术具体包括以下步骤：
3、（1）将非晶碳纳米管分散于含有铜基体元素的前驱体溶液中，利用非晶碳纳米管表面介孔的毛细管作用进行吸附，使前驱体填充进acnt的中空空腔和管壁介孔内，并通过搅拌加速吸附进程，获得固液混合物；
4、（2）将步骤（1）所得固液混合物过滤干燥，所得粉末置于管式炉中，进行还原反应，即可获得纳米金属@非晶碳纳米管异质结构；
5、或将步骤（1）所得固液混合物直接干燥，置于管式炉中，进行还原反应，即可获得纳米金属@非晶碳纳米管异质结构；
6、或将步骤（1）所得固液混合物中直接加入还原性试剂，进行还原反应，即可获得纳米金属@非晶碳纳米管异质结构。
7、（3）将步骤（2）所得粉末与相应铜基体粉末混合后进行成型烧结。
8、进一步地，本专利技术所述的铜基体元素可以不限于铜，可以用镍、铬、钛、铝锌等金属元素取代。
9、进一步地，所采用的非晶碳纳米管为碳壁含有大量缺陷造成的介孔结构。
10、进一步地，步骤（1）中所述吸附的温度为室温到液体沸点之间均可。
11、进一步地，步骤（1）中所述搅拌过程可以由振荡、超声分散、水热法等其他方式代替。
12、进一步地，步骤（3）中所述成形烧结工艺包括但不局限于放电等离子提烧结（sps）、热等静压（hip）、热压烧结（hps）、3d打印等工艺。
13、本专利技术的优点和积极效果是：1）利用非晶碳纳米管表面的介孔结构引入铜基体元素，避免对碳纳米管原有结构的破坏；2）以完整结构的非晶碳纳米管作为网络界面的骨架，填充非晶碳纳米管的中空管腔和管壁的纳米金属可与基体连接，实现基体的连续性，最大程度保留铜基体的结构与性能连续性；3）在非晶碳纳米管与基体之间物理吸附与化学键合基础上，以网络界面的形式提高界面结合强度；4）打破非晶态材料性能差的传统认知，在利用非晶碳纳米管网络骨架的基础上，发挥其晶体结构部分的性能优势，在改善复合材料机械性能的同时保留甚至提升复合材料的电学、力学性能；5）利用非晶碳纳米管的壁厚优势，降低复合材料密度，实现轻量化。
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1.一种铜基碳纳米管复合材料的网络界面设计的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基体可连续的铜基碳纳米管复合材料的网络界面设计的制备方法，其特征在于，步骤2）是将步骤1）所得混合液直接干燥后，置于管式炉中，进行还原反应，即可获得纳米金属@aCNT异质结构。
3.根据权利要求1所述的一种基体可连续的铜基碳纳米管复合材料的网络界面设计的制备方法，其特征在于，步骤2）是将步骤1）所得混合液中加入还原性试剂，还原反应后，即可获得纳米金属@aCNT异质结构。
4.根据权利要求1所述的一种基体可连续的铜基碳纳米管复合材料的网络界面设计的制备方法，其特征在于，步骤1）所采用的aCNT是管壁含有大量介孔结构的中空非晶碳纳米管。
5.根据权利要求1所述的一种基体可连续的铜基碳纳米管复合材料的网络界面设计的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述的吸附温度是在室温到液体沸点之间。
6.根据权利要求1所述的一种基体可连续的铜基碳纳米管复合材料的网络界面设计的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述毛细管作用吸附过程，
7.根据权利要求1所述的一种基体可连续的铜基碳纳米管复合材料的网络界面设计的制备方法，其特征在于，步骤4）中的烧结成型工艺包括但不局限于放电等离子体烧结（SPS）、热等静压（HIP）、热压烧结（HPS）、3D打印工艺。
...【技术特征摘要】
1.一种铜基碳纳米管复合材料的网络界面设计的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基体可连续的铜基碳纳米管复合材料的网络界面设计的制备方法，其特征在于，步骤2）是将步骤1）所得混合液直接干燥后，置于管式炉中，进行还原反应，即可获得纳米金属@acnt异质结构。
3.根据权利要求1所述的一种基体可连续的铜基碳纳米管复合材料的网络界面设计的制备方法，其特征在于，步骤2）是将步骤1）所得混合液中加入还原性试剂，还原反应后，即可获得纳米金属@acnt异质结构。
4.根据权利要求1所述的一种基体可连续的铜基碳纳米管复合材料的网络界面设计的制备方法，其特征在于，步骤1）所...
【专利技术属性】
技术研发人员：任晓娜，葛昌纯，陈志培，吴文涛，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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