CN101209834B - 一种制备螺旋形纳米碳管绳的方法 - Google Patents

一种制备螺旋形纳米碳管绳的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及螺旋形纳米碳管绳，具体地说是螺旋形纳米碳管绳的制备方法。本发明公开了一种制备螺旋形纳米碳管绳的方法。本发明采用乙炔为碳源、氢气为载气、氮气或氩气为稀释气体、镍板为催化剂、PCl3为助催化剂，通过化学气相沉积法，在较低温度下制备出螺旋形纳米碳管绳。本发明的方法和工艺简单，容易控制，价格低廉，产量及纯度高，便于工业化生产，制备的螺旋形纳米碳管绳，在结构增强、吸波材料、电磁屏蔽材料、微电子器件等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种制备螺旋形纳米碳管绳的方法
技术领域
本发明涉及螺旋形纳米碳管绳，具体地说是一种制备螺旋形纳米碳管绳的方法。
背景技术
螺旋形纳米碳管是一种功能型碳纤维，可以通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃的气相催化热解生长而制得，具有耐热性、化学稳定性、电热传导性、热膨胀性低、耐摩擦、磨损低、密度低、生体亲和性好等优异性能，而其特殊的螺旋形态则赋予了材料典型的手征特性、良好的弹性、与基体的良好结合性，有望作为新型的电磁波吸收剂、微敏感能量吸收剂、隐身材料、微弹簧等微机械元件等，在结构增强、吸波材料、电磁屏蔽材料、微电子器件等领域具有广阔的应用前景。
目前关于螺旋形纳米碳管的制备国内外报道的方法主要是化学气相沉积法(CVD)，该法以低碳烃化合物为碳源，纳米Fe、Co、Ni、Cu及其纳米合金粒子为催化剂，制备螺旋形纳米碳管，上述纳米催化剂的制备工艺非常复杂，而且粒径难于控制，一般通过把Fe、Co、Ni、Cu等金属的盐溶液吸附在超细二氧化硅等粒子的表面，再通过氢气还原制备出附着于超细二氧化硅等粒子表面的纳米金属催化剂，这些超细二氧化硅粒子会混杂在螺旋形纳米碳管当中，很难清除干净。一般认为纳米碳管的内径与催化剂颗粒直径相等，人们总是想办法得到粒径较小的催化剂，而小直径催化剂的制备难度大、价格昂贵，其应用受到一定的限制。目前还没有关于螺旋形纳米碳管绳的文献和专利报道。
发明内容
本发明的目的是公开一种工艺简单、产量高、低成本制备螺旋形纳米碳管绳的新方法，以满足有关领域发展的需要。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：采用乙炔为碳源、氢气为载气、氮气或氩气为稀释气体、镍板为催化剂、PCl3为助催化剂，通过化学气相沉积法，在750℃～850℃温度下反应，制备出螺旋形纳米碳管绳；其中：稀释气体氮气或氩气与乙炔流量之比为3～4：1，氢气与乙炔流量之比为2～4：1，PCl3助催化剂的流量为0.06～0.07ml/min，螺旋形纳米碳管绳的纤维直径、螺旋的螺距和螺旋的直径主要通过调节流量、温度等工艺参数得到控制。
所述及的镍板催化剂的厚度为0.5～2mm，是商业镍板，无需繁琐制备，镍板催化剂在反应前要进行表面处理，对镍板表面用500号细砂纸进行打磨，然后在稀盐酸或稀硫酸中浸泡5～6小时，干燥后使用；
所述及的镍板催化剂可以重复使用，上次反应剩余的镍板催化剂用500号细砂纸进行打磨后，在稀盐酸或硫酸中浸泡5～6小时，干燥后重复使用；
所述及的镍板催化剂水平放置在石墨板上。
本发明提供的方法简单易操作，产品纯度高，单位产量高，利于大批量生成。在结构增强、吸波材料、电磁屏蔽材料、微电子器件等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的螺旋形纳米碳管绳的扫描电镜照片。
图2为实施例1制备的螺旋形纳米碳管绳的透射电镜照片。
图3为实施例2制备的螺旋形纳米碳管绳的扫描电镜照片。
图4为实施例3制备的螺旋形纳米碳管绳的扫描电镜照片。
具体实施方式
实施例1
反应前将厚度为1mm、长宽分别为200mm和30mm的镍板催化剂进行表面处理，对镍板表面用500号细砂纸进行打磨，然后在稀盐酸中浸泡5小时，干燥后放在管式炉的恒温区，镍板催化剂水平放置在石墨板上；对反应系统抽真空，用氮气置换三次，通入氮气，氮气的流量为120ml/min，在氮气气氛下升温到750℃，通入乙炔的同时以氢气为载气加入PCl3助催化剂，PCl3助催化剂的流量为0.06ml/min，稀释气体氮气与乙炔流量之比为3：1(其中：乙炔为40ml/min，氮气为120ml/min)，氢气与乙炔流量之比为2：1(其中：乙炔为40ml/min，氢气为80ml/min)，反应恒温时间为50min，进行催化热解反应；反应结束后在氮气气氛下自然冷却到室温，可获得2.7165g的螺旋形纳米碳管绳(参见图1和图2)。
实施例2
反应前将厚度为1.5mm、长宽分别为200mm和30mm的镍板催化剂进行表面处理，对镍板表面用500号细砂纸进行打磨，然后在稀硫酸中浸泡6小时，干燥后放在管式炉的恒温区，镍板催化剂水平放置石墨板上；对反应系统抽真空，用氩气置换三次，通入氩气，氩气的流量为150ml/min，在氩气气氛下升温到700℃，通入乙炔的同时以氢气为载气加入PCl3助催化剂，PCl3助催化剂的流量为0.065ml/min，稀释气体氩气与乙炔流量之比为3：1(其中：乙炔为50ml/min，氩气为150ml/min)，氢气与乙炔流量之比为3：1(其中：乙炔为50ml/min，氢气为150ml/min)，反应恒温时间为60min，进行催化热解反应，反应结束后在氩气气氛下自然冷却到室温，可获得3.1483g的螺旋形纳米碳管绳(参见图3)。
实施例3
反应前将厚度为2mm、长宽分别为200mm和30mm的镍板催化剂进行表面处理，对镍板表面用500号细砂纸进行打磨，然后在稀盐酸中浸泡5小时，干燥后放在管式炉的恒温区，镍板催化剂水平放置在石墨板上；对反应系统抽真空，用氮气置换三次，通入氮气，氮气的流量为240ml/min，在氮气气氛下升温到800℃，通入乙炔的同时以氢气为载气加入PCl3助催化剂，PCl3助催化剂的流量为0.07ml/min，稀释气体氮气与乙炔流量之比为4：1(其中：乙炔为60ml/min，氮气为240ml/min)，氢气与乙炔流量之比为4：1(其中：乙炔为60ml/min，氢气为240ml/min)，反应恒温时间为60min，进行催化热解反应，反应结束后在氮气气氛下自然冷却到室温，可获得3.9473g的螺旋形纳米碳管绳(参见图4)。

Claims (3)

1.一种制备螺旋形纳米碳管绳的方法，其特征在于：采用乙炔为碳源、氢气为载气、氮气或氩气为稀释气体、镍板为催化剂、PCl3为助催化剂，通过化学气相沉积法，在750℃～850℃温度下反应，制备出螺旋形纳米碳管绳；其中：氮气或氩气与乙炔流量之比为3～4∶1，氢气与乙炔流量之比为2～4∶1，PCl3的流量为0.06～0.07ml/min，镍板的厚度为0.5～2mm，在反应前对镍板表面用500号细砂纸进行打磨，然后在稀盐酸或稀硫酸中浸泡5～6小时，干燥后使用。
2.如权利要求1所述制备螺旋形纳米碳管绳的方法，其特征在于：所述镍板重复使用，上次反应剩余的镍板用500号细砂纸进行打磨后，在稀盐酸或稀硫酸中浸泡5～6小时，干燥后重复使用。
3.如权利要求1所述制备螺旋形纳米碳管绳的方法，其特征在于：所述镍板水平放置在石墨板上。
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