CN103979519A - 具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法，首先，将多个纳米碳管与一高分子材料混合形成一预成形体；接着，对该预成形体进行一热压工艺而得到一成形体；最后，对该成形体施以一碳化工艺，以去除该成形体中的该高分子材料并于该成形体中留下多个孔隙而形成该具刚性结构的纳米碳管块材。据此，本发明所制成的该纳米碳管块材，具有立体刚性结构，适合直接应用于各种导电导热、电磁波屏蔽或结构材料的用途。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米碳管材料的制造方法，特别是一种具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法。
背景技术
纳米碳管(carbon nanotubes；CNTs)具有优异的机械和光电性能，自从被发现后，即引起学术界以及产业界的重视，而可广泛应用于各种领域。并被视为制作复合材料的理想添加物，例如与金属、半导体或聚合物的结合，可以达到材料特性的改变或加强，因此，近来纳米碳管随着产能的提升，以其所制成的各种复合材料以及该复合材料所能应用的产品，已成为研究的焦点。
例如在中国台湾发明专利公开第200848366号中，公开了一种含纳米碳管的高分子复合材料及其制备方法，其先将未经修饰的纳米碳管、一有机基团与一自由基起始剂混合于一溶剂中，以产生一经修饰的纳米碳管，再将经修饰的纳米碳管与一热塑性高分子塑胶混合，以形成含纳米碳管的高分子复合材料。通过经修饰的纳米碳管具有较佳的材料分散性，可以较低的用量来显著改善融合后材料的机械性质及提升电气性质。
或者，如中国台湾发明专利公告第I377171号，公开了一种纳米碳管/导电聚合物复合材料的制备方法，首先，提供一纳米碳管薄膜，接着，制备一导电聚合物单体的酸溶液，并将该纳米碳管薄膜浸入该导电聚合物单体的酸溶液中，以形成一包含该纳米碳管薄膜与该导电聚合物单体的酸溶液，然后，制备一氧化剂的酸溶液，最后将所述氧化剂的酸溶液与浸有纳米碳管薄膜的导电聚合物单体的酸溶液混合，使导电聚合物单体聚合，得到一纳米碳管/导电聚合物复合材料。
由以上可知，目前纳米碳管大部分的应用，为将其与其他材料做结合而制得含纳米碳管的复合材料，其目的多为改善基材的特性；或者，部分的应用显示，纳米碳管必须依附于某些材料上，才能实际提供予采构厂商或消费端使用。换言之，目前鲜少有直接利用纳米碳管其本身优异的机械和光电性能的，因此，局限了纳米碳管的应用范畴，无法充分发挥其本身独有的特性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法，以解决现有技术的纳米碳管，因大多和其他基材结合形成复合材料，仅能通过纳米碳管的添加，调整基材的性质；或必须依附在基材上，始能实际应用，而无法让纳米碳管材料独立应用的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法，包含以下步骤：
将多个纳米碳管与一高分子材料混合形成一预成形体；
对该预成形体进行一热压工艺而得到一成形体；以及
对该成形体施以一碳化工艺，以去除该成形体中的该高分子材料并于该成形体中留下多个孔隙而形成该具刚性结构的纳米碳管块材。
本发明的技术效果在于：
本发明利用该高分子材料搭配该热压工艺，让该高分子材料做为暂时支撑该纳米碳管的结构体，再以该碳化工艺去除该高分子材料，最终形成具有刚性结构且为独立的该纳米碳管块材，让使用者毋须将该纳米碳管与其他材料结合，而能直接应用于各种所需的用途。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明一实施例的方法流程示意图；
图2为本发明一实施例中具刚性结构的纳米碳管块材的电子显微镜扫描照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参阅图1及图2所示，图1为本发明一实施例的方法流程示意图，图2为本发明一实施例中纳米碳管块材的电子显微镜扫描照片。本发明提供一种纳米碳管块材的制造方法，包含以下步骤：
步骤S1：将多个纳米碳管11与一高分子材料混合形成一预成形体；在此令该高分子材料充填于该纳米碳管11之间，且该纳米碳管11于该预成形体中的重量百分比约介于10%至95%之间，该高分子材料可为酚醛树脂(PhenolicResin)、环氧树脂(Epoxy)、聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，简称PAN)或呋喃树脂(Furan Resin)，但不以此为限。
步骤S2：对该预成形体进行一热压工艺而得到一成形体；于该热压工艺之中，该预成形体受一模具压制，而处于一介于110℃至220℃之间的受热温度，以及一介于5Kgf/cm2至200Kgf/cm2之间的成形压力，通过该受热温度以及该成形压力，调整该预成形体的致密度以及立体结构，进而形成块状的该成形体。
步骤S3：对该成形体施以一碳化工艺，以去除该成形体中的该高分子材料，并于该成形体中留下多个孔隙12，而形成该纳米碳管块材10，该成形体于该碳化工艺为处于一还原气体之中，该还原气体可为氩气或氮气，同时该成形体亦处于一介于500℃至3,000℃之间的碳化温度中，令该高分子材料于该成形体之中燃烧裂解。
需另外说明的是，在该碳化工艺的过程中，除了于该成形体中留下多个孔隙12外，将进一步产生一附着于该纳米碳管11之间的碳材料，该碳材料可能由该高分子材料经燃烧裂解后所残留于该纳米碳管11之间；亦可能由额外通入的含碳气体所提供。至于所形成的该纳米碳管块材10，其具有一介于5%至50%之间的孔隙率。碳的残留，可增进该纳米碳管块材10的导电与导热性质；此外，该孔隙12的形成，亦使得该纳米碳管块材10的表面积以及内部空间大幅增加，更能进一步提升其导电与导热性质。此外，由于该高分子材料将于该碳化工艺中燃烧裂解，故最终得到的该纳米碳管块材，该纳米碳管11的重量百分比将较刚添加时高，即该纳米碳管块材将大部分地由该纳米碳管11所组成。
于本发明的一实施例中，该高分子材料为采用酚醛树脂，先将该纳米碳管11与酚醛树脂混合形成该预成形体，其中，该高分子材料的重量百分比为49%，该纳米碳管11的重量百分比为51%。待完成混合后，在200℃左右的受热温度以200Kgf/cm2的成形压力进行热压，而得到该成形体。之后，再于600℃的碳化温度以及氩气的气体环境，对该成形体进行碳化工艺。最后得到的该具刚性结构的纳米碳管块材则如图2所示。
综上所述，本发明利用该纳米碳管搭配该热压工艺，由该高分子材料作为暂时支撑该纳米碳管的结构体，再以该碳化工艺去除该高分子材料，留下以纳米碳管为主的该纳米碳管块材。由于该纳米碳管块材拥有立体刚性结构，使用者得以直接应用，毋须和其他材料搭配或依附在其他材料。再者，本发明通过该碳化工艺于该纳米碳管块材之中所形成的该碳材料以及该孔隙，亦使该纳米碳管块材的导热及导电特性能获得进一步的提升。以应用方面来说，利用本发明所制得的具刚性结构的纳米碳管块材，适合用于电极材料、导热材料、电磁波隔离材料或结构材料等用途。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：
将多个纳米碳管与一高分子材料混合形成一预成形体；
对该预成形体进行一热压工艺而得到一成形体；以及
对该成形体施以一碳化工艺，以去除该成形体中的该高分子材料并于该成形体中留下多个孔隙而形成该具刚性结构的纳米碳管块材。
2.如权利要求1所述的具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法，其特征在于，该预成形体中，该纳米碳管的重量百分比为介于10%至95%之间。
3.如权利要求1所述的具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法，其特征在于，该热压工艺中，该预成形体处于一介于100℃至220℃之间的受热温度。
4.如权利要求1所述的具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法，其特征在于，该热压工艺中，该预成形体处于一介于5Kgf/cm2至200Kgf/cm2之间的成形压力。
5.如权利要求1所述的具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法，其特征在于，该碳化工艺中，该成形体处于一还原气体之中，该还原气体为氩气或氮气。
6.如权利要求1所述的具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法，其特征在于，该碳化工艺中，该成形体处于一介于500℃至3000℃之间的碳化温度。
7.如权利要求1所述的具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法，其特征在于，该具刚性结构的纳米碳管块材具有一介于5%至50%的孔隙率。
8.如权利要求1所述的具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法，其特征在于，该具刚性结构的纳米碳管块材包含一经由该碳化工艺所形成而附着于该纳米碳管之间的碳材料。
9.如权利要求1所述的具刚性结构的纳米碳管块材的制造方法，其特征在于，该高分子材料为选自酚醛树脂、环氧树脂、聚丙烯腈或呋喃树脂所组成的群组。
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