CN107986258A - 一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法 - Google Patents
一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107986258A CN107986258A CN201711323627.0A CN201711323627A CN107986258A CN 107986258 A CN107986258 A CN 107986258A CN 201711323627 A CN201711323627 A CN 201711323627A CN 107986258 A CN107986258 A CN 107986258A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon nano
- tube film
- regulation
- pore structure
- control method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
- B01J13/0091—Preparation of aerogels, e.g. xerogels
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Abstract
本发明提供了一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法，首先将碳纳米管膜放入膨松剂与相容剂的混合溶液中，静置；当混合溶液渗入碳纳米管膜内部后，膨松剂分解产生微气泡，产生微爆破作用，使得碳纳米管膜的结构逐渐疏松；此时，碳纳米管膜内部的孔隙结构能够被调控；然后将调控完成后的碳纳米管膜冷冻干燥，使调控后的碳纳米管膜结构得到保持。本发明可以实现碳纳米管膜孔隙结构的调控，碳纳米管膜平均孔径调控范围100纳米‑10微米。所获得的不同孔径的碳纳米管膜集合体，可作为纳米颗粒和聚合物树脂的骨架材料，也可以单独作为多功能填充材料或者气凝胶材料。本发明方法简单易行，成本低，适用于产业化推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法。
背景技术
碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊碳六元环结构的一维量子材料，径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，具有优异的的力学、电学和热学性能。随着纳米技术的发展，应用化学气相沉积法等手段，通过将碳纳米管生长成气凝胶结构，通过溶液致密化后得到自支撑的碳纳米管巴基纸或者碳纳米管膜。碳纳米管膜作为一种具有自支撑多孔网状结构的碳纳米管集合体，不仅继承了单根碳纳米管的优越性能，而且具有良好的电学性能。碳纳米管膜具有宏观尺寸，更适合后续使用中的加工，在智能传感材料、人造肌肉和多功能复合材料领域具有应用前景。
但是，由于碳纳米管膜内部的孔隙为纳米级(100-400纳米)，无机纳米颗粒、石墨烯和高分子树脂能很难进入碳纳米管膜内部，无法实现有效的功能化设计，使碳纳米管膜的应用得到了极大的限制。因此，发明一种控制碳纳米管膜的孔隙结构和孔隙率的方法非常必要。
目前，学者多采用超声振荡的方式对碳纳米管粉末所制备的悬浮液进行分散调控。然而，超声振荡的剧烈作用会使具有自支撑结构的碳纳米管膜解体，也会使膜中碳纳米管受到损伤而性能下降，所以传统的超声振荡的方法无法适用于对碳纳米管膜内部孔隙结构的调控。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何对碳纳米管膜的孔隙结构进行调控。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法，其特征在于：，包括如下步骤：
步骤1：将碳纳米管膜放入膨松剂与相容剂的混合溶液中，静置；当混合溶液渗入碳纳米管膜内部后，膨松剂分解产生微气泡，产生微爆破作用，使得碳纳米管膜的结构逐渐疏松；此时，碳纳米管膜内部的孔隙结构能够被调控；
步骤2：将调控完成后的碳纳米管膜冷冻干燥，避免溶剂蒸发过程中的芯吸力将碳纳米管膜的蓬松结构破坏，使调控后的碳纳米管膜结构得到保持。
优选地，所述步骤1中，碳纳米管膜的形式为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或者单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的组合；碳纳米管膜为导体、半导体或者导体与半导体的组合体。
优选地，所述碳纳米管膜的制备方法为浮动催化化学气相生长法或碳纳米管阵列直接拉膜法。
优选地，所述步骤1中，相容剂为与碳纳米管膜互溶的溶液；所述与碳纳米管膜互溶的溶液为乙醇溶液、丙酮溶液或二氯甲烷溶液。
优选地，所述步骤1中，膨松剂为质量百分比浓度10％～60％的过氧化氢溶液，或质量百分比浓度10％的稀硫酸溶液与金属锌粉末的混合液；或质量百分比浓度10％的稀硝酸溶液和亚硫酸钠的混合液。
优选地，所述步骤1中，碳纳米管膜的结构疏松后，碳纳米管膜内部孔径的调控范围为100纳米～10微米。
优选地，所述步骤1中，通过对混合溶液配比、浓度、作用时间和温度的调节，实现对碳纳米管膜内部的孔隙结构的调控。
优选地，所述步骤1中，相容剂有助于进入碳纳米管膜内部；膨松剂用于产生微气泡；因此相容剂和膨松剂的混合溶液能够进入碳纳米管膜内部并产生微气泡，实现碳纳米管膜的孔隙调控，相容剂和膨松剂二者缺一不可。
优选地，所述步骤2中，冷冻干燥的具体方法为：将调控完成后的碳纳米管膜放入冰醋酸或者二甲基亚砜中，在-10℃～-80℃环境下冷冻3～12小时，随后放入冷冻干燥箱内，温度设定范围-10℃～-40℃，干燥12～72小时。
优选地，所述步骤2中，通过冷冻干燥法有效保持调控完成后的碳纳米管膜的疏松结构，使其不会在干燥的过程中因溶液挥发产生的芯吸力作用而坍塌、收缩和破坏。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明可以实现碳纳米管膜孔隙结构的调控，碳纳米管膜平均孔径调控范围100纳米-10微米。
2、本发明制得的不同孔径的碳纳米管膜集合体，可以作为多功能填充材料或者气凝胶材料。
3、本发明制得的具有不同孔径的碳纳米膜可以与纳米颗粒或聚合物树脂复合，作为纳米颗粒和聚合物树脂的骨架材料，实现碳纳米管膜的功能设计。
4、本发明方法简单易行，成本低，适用于产业化推广。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。以下所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
实施例1
制备碳纳米管气凝胶材料
(1)选用长度宽度均为5厘米、厚度15微米的碳纳米管膜(苏州捷迪纳米材料有限公司)，碳纳米管膜中的平均孔隙为200纳米-400纳米。
(2)将300毫升浓度为50％的过氧化氢溶液与300毫升浓度99％的乙醇溶液混合，倒入玻璃皿中。
(3)将碳纳米管膜放入步骤2配置的混合溶液中，在温度为45摄氏度的环境中浸泡24小时，获得含有大量孔隙的碳纳米管气凝胶(厚度约3厘米)。
(4)将步骤3中得到的碳纳米管气凝胶小心从塑料圆盘中膜取出放入400毫升的冰醋酸中，放入-80摄氏度的低温环境下冷冻3小时，待溶液完全凝固成固态。
(5)采用冷冻干燥法，在-10摄氏度下真空干燥72小时，使碳纳米管纱的空隙结构得到保持，制备成厚度为3厘米左右的碳纳米管气凝胶材料，该气凝胶材料中孔隙为6-10微米，可以用于多功能导电填充材料。
本实施例通过使用过氧化氢的混合溶液的处理方法，利用溶液中产生小分子气体的微爆破作用，使碳纳米管膜结构逐渐疏松，内部空隙变大。通过冷冻干燥法将碳纳米管膜在低温环境下干燥，使蓬松后的结构得到保持，从而实现对种碳纳米管膜的孔隙结构的调控。
实施例2
制备平均孔隙为2微米左右的碳纳米管膜
(1)选用长和宽均为5厘米、厚度约15微米的碳纳米管膜(苏州捷迪纳米材料有限公司)，测得碳纳米管之间的平均孔隙为200纳米-400纳米。
(2)配制200毫升重量比10％的稀硝酸溶液和亚硫酸钠的混合液，并与100毫升丙酮溶液混合，倒入玻璃皿中。
(3)将碳纳米管膜放入步骤2配置的混合溶液中，在温度为35摄氏度的环境中浸泡，32小时，获得大孔隙结构蓬松的碳纳米管膜。
(4)将步骤3中得到的碳纳米管膜取出放入300毫升的冰醋酸中，放入-25摄氏度的低温环境下冷冻6小时，待溶液完全凝固成固态。
(5)采用冷冻干燥法，在-40摄氏度下真空干燥36小时，使碳纳米管纱的空隙结构得到保持，实现碳纳米管膜内部的孔隙调控。
经测试的到处理后的碳纳米管膜内部孔隙1.8-2.4微米，平均孔隙为2.1微米，该碳纳米管膜可用于无机纳米颗粒掺杂的骨架材料。
实施例3
平均孔隙1微米的碳纳米管膜的快速制备方法
(1)选用长度宽度均为5厘米、厚度15微米的碳纳米管膜(苏州捷迪纳米材料有限公司)，测得碳纳米管之间的平均孔隙为200纳米-400纳米。
(2)配制200毫升10％的稀硫酸溶液与金属锌粉末的混合液，并与150毫升二氯甲烷溶液混合，倒入玻璃皿中。
(3)将碳纳米管膜放入步骤2配置的混合溶液中，在温度为55摄氏度的环境中浸泡3小时，获得大孔隙结构蓬松的碳纳米管膜。
(4)将步骤3中得到的碳纳米管膜取出放入300毫升的冰醋酸中，放入-80摄氏度的低温环境下冷冻3小时，待溶液完全凝固成固态。
(5)采用冷冻干燥法，在-10摄氏度下真空干燥12小时，使碳纳米管纱的空隙结构得到保持，实现碳纳米管膜内部的孔隙调控。
经测试的到处理后的碳纳米管膜内部孔隙0.8-1.5微米，该碳纳米管膜可用于高性能复合材料的增强体材料。
Claims (10)
1.一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将碳纳米管膜放入膨松剂与相容剂的混合溶液中，静置；当混合溶液渗入碳纳米管膜内部后，膨松剂分解产生微气泡，产生微爆破作用，使得碳纳米管膜的结构逐渐疏松；此时，碳纳米管膜内部的孔隙结构能够被调控；
步骤2：将调控完成后的碳纳米管膜冷冻干燥，使调控后的碳纳米管膜结构得到保持。
2.如权利要求1所述的一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法，其特征在于：所述步骤1中，碳纳米管膜的形式为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或者单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的组合；碳纳米管膜为导体、半导体或者导体与半导体的组合体。
3.如权利要求1所述的一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法，其特征在于：所述碳纳米管膜的制备方法为浮动催化化学气相生长法或碳纳米管阵列直接拉膜法。
4.如权利要求1所述的一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法，其特征在于：所述步骤1中，相容剂为与碳纳米管膜互溶的溶液；所述与碳纳米管膜互溶的溶液为乙醇溶液、丙酮溶液或二氯甲烷溶液。
5.如权利要求1所述的一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法，其特征在于：所述步骤1中，膨松剂为质量百分比浓度10％～60％的过氧化氢溶液，或质量百分比浓度10％的稀硫酸溶液与金属锌粉末的混合液；或质量百分比浓度10％的稀硝酸溶液和亚硫酸钠的混合液。
6.如权利要求1所述的一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法，其特征在于：所述步骤1中，碳纳米管膜的结构疏松后，碳纳米管膜内部孔径的调控范围为100纳米～10微米。
7.如权利要求1所述的一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法，其特征在于：所述步骤1中，通过对混合溶液配比、浓度、作用时间和温度的调节，实现对碳纳米管膜内部的孔隙结构的调控。
8.如权利要求1所述的一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法，其特征在于：所述步骤1中，相容剂有助于进入碳纳米管膜内部；膨松剂用于产生微气泡；因此相容剂和膨松剂的混合溶液能够进入碳纳米管膜内部并产生微气泡，实现碳纳米管膜的孔隙调控，相容剂和膨松剂二者缺一不可。
9.如权利要求1所述的一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法，其特征在于：所述步骤2中，冷冻干燥的具体方法为：将调控完成后的碳纳米管膜放入冰醋酸或者二甲基亚砜中，在-10℃～-80℃环境下冷冻3～12小时，随后放入冷冻干燥箱内，温度设定范围-10℃～-40℃，干燥12～72小时。
10.如权利要求1所述的一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法，其特征在于：所述步骤2中，通过冷冻干燥法有效保持调控完成后的碳纳米管膜的疏松结构，使其不会在干燥的过程中因溶液挥发产生的芯吸力作用而坍塌、收缩和破坏。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711323627.0A CN107986258A (zh) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | 一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711323627.0A CN107986258A (zh) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | 一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107986258A true CN107986258A (zh) | 2018-05-04 |
Family
ID=62037441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711323627.0A Pending CN107986258A (zh) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | 一种碳纳米管膜的孔隙结构的调控方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107986258A (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1546579A (zh) * | 2003-12-04 | 2004-11-17 | 上海交通大学 | 一种聚合物薄层包覆碳纳米管及其制备方法 |
| CN104418316A (zh) * | 2013-08-27 | 2015-03-18 | 清华大学 | 碳纳米管海绵体及其制备方法 |
-
2017
- 2017-12-12 CN CN201711323627.0A patent/CN107986258A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1546579A (zh) * | 2003-12-04 | 2004-11-17 | 上海交通大学 | 一种聚合物薄层包覆碳纳米管及其制备方法 |
| CN104418316A (zh) * | 2013-08-27 | 2015-03-18 | 清华大学 | 碳纳米管海绵体及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hu et al. | Carbon aerogel for insulation applications: a review | |
| Chen et al. | Anisotropic nanocellulose aerogels with ordered structures fabricated by directional freeze-drying for fast liquid transport | |
| Zhou et al. | 3D printed Ti3C2Tx MXene/cellulose nanofiber architectures for solid‐state supercapacitors: Ink rheology, 3D printability, and electrochemical performance | |
| Chen et al. | Synthesis of Cu nanoparticles and microsized fibers by using carbon nanotubes as a template | |
| Spender et al. | Method for production of polymer and carbon nanofibers from water-soluble polymers | |
| CN104401979B (zh) | 石墨烯基复合气凝胶的相转移制备方法 | |
| Wang et al. | Novel shape stabilized phase change material based on epoxy matrix with ultrahigh cycle life for thermal energy storage | |
| Zhang et al. | PEG-filled kapok fiber/sodium alginate aerogel loaded phase change composite material with high thermal conductivity and excellent shape stability | |
| CN107591527A (zh) | 原位生长花瓣状二硫化钼的空心介孔碳球的制备方法 | |
| He et al. | Cellulose nanofibrils-based hybrid foam generated from Pickering emulsion toward high-performance microwave absorption | |
| CN108046238A (zh) | 一种碳纳米管膜材料的孔隙结构的调控方法 | |
| KR20140068853A (ko) | 나노플레이트-나노튜브 복합체, 그의 생산 방법 및 그로부터 수득한 생성물 | |
| Wu et al. | Size controllable, transparent, and flexible 2D silver meshes using recrystallized ice crystals as templates | |
| Cheng et al. | Squid inks-derived nanocarbons with unique “shell@ pearls” structure for high performance supercapacitors | |
| Giulianini et al. | Regioregular poly (3-hexyl-thiophene) helical self-organization on carbon nanotubes | |
| CN109244396A (zh) | 多壁碳纳米管与普鲁士蓝类似物的复合材料 | |
| Zare et al. | Simulation of Young’s modulus for clay-reinforced nanocomposites assuming mechanical percolation, clay-interphase networks and interfacial linkage | |
| CN107254068A (zh) | 一种具有水传感功能的碳纳米管柔性导电气凝胶及其制备方法 | |
| CN105837851A (zh) | 超声波雾化法制备纤维素纳米纤维气凝胶微球的工艺 | |
| Liu et al. | Determination of the fractal characteristic of nanofiber‐network formation in supramolecular materials | |
| Zhou et al. | Fibrous Network of C@ MoS2 Nanocapsule‐Decorated Cotton Linters Interconnected by Bacterial Cellulose for Lithium‐and Sodium‐Ion Batteries | |
| Zhang et al. | Dispersion and rheological properties of aqueous graphene suspensions in presence of nanocrystalline cellulose | |
| Jiang et al. | Synthesis and electrochemical properties of single-walled carbon nanotube–gold nanoparticle composites | |
| CN102936008B (zh) | 一种蜂窝状碳纳米管宏观体及其制备方法 | |
| CN107828164A (zh) | 一种碳纳米管复合材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180504 |