CN106367737B - 一种多壁碳纳米管表面涂覆单质铜的方法 - Google Patents

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Abstract

一种多壁碳纳米管表面涂覆单质铜的方法，将硝酸铜和预处理过的多壁碳纳米管加入到乙醇溶液中，超声40～60min，其中多壁碳纳米管与硝酸铜摩尔比1:0.4～1:1；把上述多壁碳纳米管悬浊液导入水热反应釜中，其中悬浊液体积占反应釜溶积25%～50%；再放入反应炉中加热，以1～5℃/s升温至180～200℃，保温1～2h，再以1～5℃/s升温至260℃后，保温8～12h；取出，空冷，过滤烘干，得到多壁碳纳米管表面涂覆单质铜材料。本发明所公开的碳纳米管涂覆制备工艺具有简单、安全、低成本易于操作和可控等优点，适用于批量生产。

Description

一种多壁碳纳米管表面涂覆单质铜的方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域。
背景技术
碳纳米管是由石墨六边形网络卷曲而成的管状物，具有独特的纳米中空结构、封闭的拓扑构型及螺旋结构，从而具有大量特殊的优异性能，如高强度、高弹性、高比表面积、耐热、耐腐蚀、导热和导电性等，表明碳纳米管在材料应用研究上有巨大的应用空间。碳纳米管的模量与金刚石相同，理论强度达到了106兆帕，是钢铁的100倍，而密度仅为钢铁的1/6，同时它又兼备极优的韧性和结构稳定性，是作为复合材料增强相的理想选择。然CNT的缺陷也是显而易见。碳管由于其稳定SP2结构，表现出极差的润湿性，由于增强相与基体的界面结合情况直接影响复合材料的性能，因此改善其与基体的润湿性则十分必要。
目前碳纳米管改善润湿性方法有表面镀层等，如化学镀镍，该方法主要是将竣基化的碳纳米管经过敏化，活化后，放入化学镀液中施镀，随着反应的进行可在碳纳米管表面得到连续、均匀的镀层，但价格昂贵，并常用到有毒试剂，不环保且生产成本高，不适合大规模生产。
溶胶法也是热门研究涂覆方向，在溶液中加入有机化合物并搅拌，反应一段时间，然后加入碳纳米管，加入酸根金属化合物保持搅拌状态直至生成溶胶，将此胶体暴露在空气中老化，几天后将产物研磨成粉末干燥，最后一定温度惰性气体流中热处理一段时间得到纳米复合粒子。但量的配比难度大，反应时间过长。
在公开号CN 101966449 A，名称为：“为一种多壁碳纳米管负载二氧化钛催化剂的制备方法”中。将溶剂热及水热法结合起来，在溶剂中吸附胶体，干燥于CNT表面，水热分解其胶体，得到氧化涂覆物。然该方法步骤复杂，时间长，并且不能涂覆单质于CNT表面，具有一定局限性。
发明内容
本发明目的在于提供一种多壁碳纳米管表面涂覆单质铜的方法，该方法具有简单、安全、低成本、低耗时、易于操作和可控等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种多壁碳纳米管表面涂覆单质铜的方法，包括以下步骤。
（1）将多壁碳纳米管在纯硝酸溶液中超声预分散6~8h，温度为60~80℃，冷却至室温后，用去离子水清洗，离心至中性，而后在真空干燥箱烘干，备用。
（2）将硝酸铜和经步骤（1）预处理的多壁碳纳米管加入到乙醇溶液中超声40～60min，得到多壁碳纳米管悬浊液，其中多壁碳纳米管与硝酸铜摩尔比1:0.4～1:1。
（3）把经步骤（2）的多壁碳纳米管悬浊液导入水热反应釜中，其中悬浊液体积占反应釜溶积25%～50%。再放入反应炉中加热，以1～5℃/s升温至180～200℃，保温1～2h，再以1～5℃/s升温至260℃后，保温8～12h；取出，空冷，过滤烘干，得到多壁碳纳米管表面涂覆单质铜材料。
本发明步骤（3）所述的水热反应釜内衬为聚四氟乙烯。
本发明具有以下独特性：（1）溶液采用乙醇而不是水，参与反应本身并增大了挥发性，压强更大，对减小溶液的表面张力有益。（2）通常硝酸基金属化合物在加热条件下只能分解为氧化物，而本发明可生成铜单质。（3）该方法简单有效适用于批量生产。（4）该方法不需昂贵仪器，反应温度较低，危险系数低。
附图说明
图1为实施例3制备的多壁碳纳米管表面涂覆单质铜材料的显微组织图片（Electrom image）。
图2为实施例3制备的多壁碳纳米管表面涂覆单质铜材料的EDS分析图谱（Spectrum）。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1。
将多壁碳纳米管在纯硝酸溶液超声预分散8h，温度为60℃，冷却至室温后，用去离子水清洗、离心至中性，而后在真空干燥箱烘干备用。以硝酸铜和上诉烘干的多壁碳纳米管作为原料，加入乙醇溶液中超声40min；其中多壁碳纳米管、硝酸铜及乙醇摩尔比为1:0.4:127，得到多壁碳纳米管悬浊液；把该悬浊液导入水热反应釜中，其中悬浊液体积占反应釜溶积25%。再放入反应炉中加热，以5℃ /s升温至200℃，保温1h，再以5℃/s升温至260～300℃后，保温8h；取出，空冷，过滤烘干，得到多壁碳纳米管表面涂覆单质铜材料。
实施例2。
将多壁碳纳米管在纯硝酸溶液超声预分散8h，温度为60℃，冷却至室温后，用去离子水清洗、离心至中性，而后在真空干燥箱烘干备用。以硝酸铜和上诉烘干的多壁碳纳米管作为原料，加入乙醇溶液中超声40min；其中多壁碳纳米管、硝酸铜及乙醇摩尔比为1:0.7:127，得到多壁碳纳米管悬浊液；把该悬浊液导入水热反应釜中，其中悬浊液体积占反应釜溶积30%。再放入反应炉中加热，以50℃/s升温至200℃，保温1h，再以50℃/s升温至260℃后，保温10h；取出，空冷，过滤烘干，得到多壁碳纳米管表面涂覆单质铜料。
实施例3。
将多壁碳纳米管在纯硝酸溶液超声预分散8h，温度为60℃，冷却至室温后，用去离子水清洗、离心至中性，而后在真空干燥箱烘干备用。以硝酸铜和上诉烘干的多壁碳纳米管作为原料，加入乙醇溶液中超声60min；其中多壁碳纳米管、硝酸铜及乙醇摩尔比为1:1:127，得到多壁碳纳米管悬浊液；把该悬浊液导入水热反应釜中，其中悬浊液体积占反应釜溶积40%。再放入反应炉中加热，以5℃/s升温至200℃，保温1h，再以5℃/s升温至280℃后，保温12h；取出，空冷，过滤烘干，得到多壁碳纳米管表面涂覆单质铜材料。

Claims (2)

1.一种多壁碳纳米管表面涂覆单质铜的方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将多壁碳纳米管在纯硝酸溶液中超声预分散6~8h，温度为60~80℃，冷却至室温后，用去离子水清洗，离心至中性，而后在真空干燥箱烘干，备用；
（2）将硝酸铜和经步骤（1）预处理的多壁碳纳米管加入到乙醇溶液中，超声40～60min，得到多壁碳纳米管悬浊液，其中多壁碳纳米管与硝酸铜摩尔比1:0.4～1:1；
（3）把经步骤（2）的多壁碳纳米管悬浊液导入水热反应釜中，其中悬浊液体积占反应釜溶积25%～50%；再放入反应炉中加热，以1～5℃/s升温至180～200℃，保温1～2h，再以1～5℃/s升温至260℃后，保温8～12h；取出，空冷，过滤烘干，得到多壁碳纳米管表面涂覆单质铜材料。
2.根据权利要求1所述的多壁碳纳米管表面涂覆单质铜的方法，其特征是步骤（3）所述的水热反应釜内衬为聚四氟乙烯。
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