一种蜂窝状碳纳米管宏观体及其制备方法技术

一种蜂窝状碳纳米管宏观体，该宏观体由碳纳米管膜构成，相邻的碳纳米管膜之间形成有微米孔，且相邻的微米孔相通；所述碳纳米管膜由表面活性剂、碳纳米管或表面活性剂、碳纳米管、高分子材料构成，碳纳米管膜内的碳纳米管构建为网络状结构，且相邻的碳纳米管之间形成有纳米孔；所述宏观体中碳纳米管均匀分布，且碳纳米管的长径比大于1000；制作时，先制取碳纳米管分散浆液，再将其注入模具中以制得成型体，最后对成型体进行冷冻干燥以获得所述蜂窝状碳纳米管宏观体。本设计不仅为双孔结构，形状易控制，而且具有较高的均匀度，应用范围较广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碳纳米管宏观体及其制备方法，属于纳米材料领域，尤其涉及，具体适用于制备等级孔结构、不同形状的蜂窝状碳纳米管宏观体。
技术介绍
碳纳米管可看成石墨层卷曲形成的无缝长管，理论和实验都证明其拉伸强度高达50 - 100 GPa，模量高达1000 Gpa左右，是已知材料中强度最高的；碳纳米管具有一维纳米结构、大长径比、大表面积(约1000 1112/^)和低密度(1.0-1.7 g/cm3)的独特性质和结构，这种独特性质与结构使得碳纳米管纤维可在自身相互支撑下作用力下构成三维网络宏观体。 中国专利专利号为ZL200910088941. 4的专利技术专利公开了一种碳纳米管棉及其制备方法，该专利技术中的碳纳米管绵是由多壁碳纳米管互相缠绕搭结在一起而形成的无序网络状多孔结构的宏观体材料；该专利技术直接通过化学气相反应在基片上生长碳纳米管，生长的碳纳米管相互支持，从而组装成碳纳米管海绵，具体过程为将用于生长碳纳米管的催化剂附着于基片上，然后，在一定的温度和气氛下，通入碳源生长碳纳米管海绵体，碳纳米管海绵体空隙为纳米孔，宏观体中碳管为多壁碳纳米管。该专利技术的缺陷如下 首先，该专利技术制备的宏观体为单孔结构，即碳纳米管之间的纳米孔，因而它不能应用于某些需要多尺度孔结构的领域，应用范围较窄； 其次，该专利技术制备的宏观体的形状难以控制，可调性较差，很难应用于对形状有各种要求的复合材料、传感器、生物医药、催化剂载体等领域； 再次，该专利技术制备的宏观体是在基片上直接生长而成，不仅形状难以控制，而且其生长成的还只能为多壁碳纳米管，进一步限制了其应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的单孔结构、形状难以控制、应用范围较窄的缺陷与问题，提供一种等级孔结构、形状易控制、应用范围较广的蜂窝状碳纳米管宏观体及其制备方法。为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是一种蜂窝状碳纳米管宏观体，所述宏观体为碳纳米管构建的网络状结构，相邻的碳纳米管之间形成有纳米孔； 所述宏观体由碳纳米管膜构成，相邻的碳纳米管膜之间形成有微米孔，且相邻的微米孔相通； 所述碳纳米管膜由表面活性剂、碳纳米管构成，碳纳米管膜内的碳纳米管构建为网络状结构，且相邻的碳纳米管之间形成有纳米孔； 所述碳纳米管的长径比大于1000。所述碳纳米管膜由高分子材料、表面活性剂、碳纳米管构成。所述高分子材料为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇中的一种或它们的混合物。所述微米孔的大小为I - 500微米，所述纳米孔的大小为10 - 500纳米。所述宏观体的孔隙率为75% - 99% ;所述宏观体中碳纳米管的含量为20% - 99%。所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基黄酸锂或聚乙烯基吡咯烷酮。所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。一种上述蜂窝状碳纳米管宏观体的制备方法，所述制备方法依次包括以下步骤 第一步先将碳纳米管、表面活性剂加到溶剂中，再进行超声分散或搅拌分散以制得碳纳米管分散浆液，该分散浆液在4000 r/min的离心机作用下无沉淀产生；所述分散浆液中碳纳米管质量分数为I - 20 wt. %，表面活性剂的质量份数为I - 10 wt. %，且碳纳米管、表面活性剂的质量之间呈正比关系； 第二步先将上述分散浆液注入到模具中成型以得到成型体，再将成型体置于冷冻干燥机中； 第三步先将冷冻干燥机中的成型体冷冻成硬块，冷冻温度为零下20度以下，再升温并抽真空以升华硬块中被冷冻的液体，待液体升华完毕，即可获得蜂窝状碳纳米管宏观体。所述第一步中当制得碳纳米管分散浆液后，边搅拌分散浆液边向其中加入高分子材料，该高分子材料的质量为分散浆液中碳纳米管质量的10%-100%。所述第一步中所述溶剂为水、乙醇，丙酮，乙二醇或N-甲基吡咯烷酮。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为 I、本专利技术中的宏观体由碳纳米管膜构成，相邻的碳纳米管膜之间形成有微米孔，且相邻的微米孔相通；所述碳纳米管膜由表面活性剂、碳纳米管或高分子材料、表面活性剂、碳纳米管构成，碳纳米管膜内的碳纳米管构建为网络状结构，且相邻的碳纳米管之间形成有纳米孔；由此可见，本专利技术中的宏观体为等级孔结构，分别为碳纳米管膜之间的微米孔、碳纳米管之间的纳米孔，该等级孔结构使得本专利技术能较好的适用于某些需要多尺度孔结构的复合材料、传感器、生物医药、催化剂载体等领域，扩大了本专利技术的应用范围。因此本专利技术为等级孔结构，应用范围较广。2、本专利技术中在制备宏观体时，先将分散浆液注入模具中成型以得到成型体，再对成型体进行冷冻干燥以得到宏观体，由于分散浆液在冷冻干燥过程中形状不变，因而最终获得的宏观体形状与成型体的形状一致，而成型体的形状又由模具决定，因而本专利技术中宏观体的形状具有较好的可调性，可根据复合材料、传感器、生物医药、催化剂载体等领域对宏观体形状的不同要求设计不同的模具，进而得到不同形状的宏观体，扩大本专利技术的应用范围。因此本专利技术不仅形状易控制，而且应用范围较广。3、本专利技术中的宏观体由碳纳米管膜构成，所述碳纳米管膜由表面活性剂、碳纳米管构成或者由高分子材料、表面活性剂、碳纳米管构成，其中，表面活性剂、高分子材料不仅可以提供较强的粘结性，以便于形成碳纳米管膜，而且可以增强碳纳米管间的相互作用，从而提供宏观体的机械强度，尤以高分子材料的作用为大。因此本专利技术的机械强度较高。附图说明图I是本专利技术中宏观体断面的扫描电子显微镜照片。图2是图I中碳纳米管膜断面的扫描电子显微镜照片。图3是实施例I制作的方型蜂窝状碳纳米管宏观体的光学照片。图4是实施例5制作的圆饼型蜂窝状碳纳米管宏观体的光学照片。具体实施例方式以下结合附图说明和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。参见图I -图4，一种蜂窝状碳纳米管宏观体，所述宏观体为碳纳米管构建的网络状结构，相邻的碳纳米管之间形成有纳米孔； 所述宏观体由碳纳米管膜构成，相邻的碳纳米管膜之间形成有微米孔，且相邻的微米孔相通；· 所述碳纳米管膜由表面活性剂、碳纳米管构成，碳纳米管膜内的碳纳米管构建为网络状结构，且相邻的碳纳米管之间形成有纳米孔； 所述碳纳米管的长径比大于1000。所述碳纳米管膜由高分子材料、表面活性剂、碳纳米管构成。所述高分子材料为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇中的一种或它们的混合物。所述微米孔的大小为I - 500微米，所述纳米孔的大小为10 - 500纳米。所述宏观体的孔隙率为75% - 99% ;所述宏观体中碳纳米管的含量为20% - 99%。所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基黄酸锂或聚乙烯基吡咯烷酮。所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。一种上述蜂窝状碳纳米管宏观体的制备方法，所述制备方法依次包括以下步骤 第一步先将碳纳米管、表面活性剂加到溶剂中，再进行超声分散或搅拌分散以制得碳纳米管分散浆液，该分散浆液在4000 r/min的离心机作用下无沉淀产生；所述分散浆液中碳纳米管质量分数为I - 20 wt. %，表面活性剂的质量份数为I - 10 wt. %，且碳纳米管、表面活性剂的质量之间呈正比关系； 第二步先将上述分散浆液注入到模具中成型以得到成型体，再将成型体置于冷冻干燥机中； 第三步先将冷冻干燥机中的成型体冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝状碳纳米管宏观体，所述宏观体为碳纳米管构建的网络状结构，相邻的碳纳米管之间形成有纳米孔，其特征在于：所述宏观体由碳纳米管膜构成，相邻的碳纳米管膜之间形成有微米孔，且相邻的微米孔相通；所述碳纳米管膜由表面活性剂、碳纳米管构成，碳纳米管膜内的碳纳米管构建为网络状结构，且相邻的碳纳米管之间形成有纳米孔；所述碳纳米管的长径比大于1000。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟小华，王睿，
申请(专利权)人：东风汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：