CN108002365A - 一种分散碳纳米管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种分散碳纳米管的方法，包括以下步骤：将层状硅酸盐类物质与水混合，得到层状硅酸盐溶液；将碳纳米管加入层状硅酸盐溶液中，进行超声，对碳纳米管进行分散；所述层状硅酸盐类物质为蒙脱石、锂皂石、高岭石和累托石中的一种或几种；所述碳纳米管的质量与层状硅酸盐溶液的体积之比为(0.01～10)mg：1mL。本发明是通过层状硅酸盐矿物的吸附性使纳米管固定在其表面，通过静电效应产生相互排斥，阻止纳米颗粒碰撞和聚集现象，且不破坏碳纳米管的原有结构和性能。同时超声震荡产生的冲击波和微射流可大幅度削弱纳米颗粒间的作用能，有效防止纳米颗粒团聚使之充分分散，且不破坏碳纳米管的原有结构和性能。

Description

一种分散碳纳米管的方法
技术领域
本发明属于纳米碳材料技术领域，尤其涉及一种分散碳纳米管的方法。
背景技术
碳纳米管(CNTS)是一种拥有特殊结构和优异性质的新型材料，在力学，电学，光学及电化学等方面有着潜在的应用，是制备复合材料的理想增强体。但是，由于碳纳米管尺寸小，比表面积和长径比非常大，再加上碳纳米管间存在很强的静电作用和范德华力，就造成了碳纳米管极易团聚或缠绕，不易分散，严重限制了其增强性能的发挥。目前针对碳纳米管分散，现有技术中是通过化学修饰或者物理作用(机械搅拌法、超声处理法、电场诱导法)对碳纳米管进行分散。这些方法虽然能将团聚的碳纳米管进行一定的分散，但存在分散效果差或者破坏了碳纳米管完整性等缺陷，难达到相关行业生产所需。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分散碳纳米管的方法，本发明中的方法操作简单，碳纳米管分散效果好。
本发明提供一种分散碳纳米管的方法，包括以下步骤：
将层状硅酸盐类物质与水混合，得到层状硅酸盐溶液；
将碳纳米管加入层状硅酸盐溶液中，进行超声，对碳纳米管进行分散；
所述层状硅酸盐类物质为蒙脱石、锂皂石、高岭石和累托石中的一种或几种；
所述碳纳米管的质量与层状硅酸盐溶液的体积之比为(0.01～10)mg：1mL。
优选的，所述层状硅酸盐类物质的质量与水的体积之比为1mg：(1～100)mL。
优选的，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
优选的，所述碳纳米管的直径为10～20nm。
优选的，所述碳纳米管的长度为1～10μm。
优选的，所述超声的功率为100～400W；
所述超声的时间为10～60min。
优选的，将层状硅酸盐类物质与水混合后，进行磁力搅拌，得到层状硅酸盐溶液；
所述磁力搅拌的转速为100～500rpm；
所述磁力搅拌的时间为10～30min。
本发明提供了一种分散碳纳米管的方法，包括以下步骤：将层状硅酸盐类物质与水混合，得到层状硅酸盐溶液；将碳纳米管加入层状硅酸盐溶液中，进行超声，对碳纳米管进行分散；所述层状硅酸盐类物质为蒙脱石、锂皂石、高岭石和累托石中的一种或几种；所述碳纳米管的质量与层状硅酸盐溶液的体积之比为(0.01～10)mg：1mL。层状硅酸盐矿物在自然界分布广泛，价格低廉，是一种具有无序过渡结构的含水矿物，一般其颗粒细微、比表面积巨大，且存在特征的结构层间域，具有强吸附性，本发明是通过层状硅酸盐矿物的吸附性使纳米管固定在其表面，通过静电效应产生相互排斥，阻止纳米颗粒碰撞和聚集现象，且不破坏碳纳米管的原有结构和性能。同时超声震荡产生的冲击波和微射流可大幅度削弱纳米颗粒间的作用能，有效防止纳米颗粒团聚使之充分分散，且不破坏碳纳米管的原有结构和性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明采用层状硅酸盐类物质分散碳纳米管的分散原理图；
图2为本发明实施例1～5和比较例1～2中碳纳米管的分散效果图。
具体实施方式
本发明提供了一种分散碳纳米管的方法，包括以下步骤：
将层状硅酸盐类物质与水混合，得到层状硅酸盐溶液；
将碳纳米管加入层状硅酸盐溶液中，进行超声，对碳纳米管进行分散；
所述层状硅酸盐类物质为蒙脱石、锂皂石、高岭石和累托石中的一种或几种；
所述碳纳米管的质量与层状硅酸盐溶液的体积之比为(0.01～10)mg：1mL。
本发明利用层状硅酸盐类物质分散碳纳米管的过程示意图如图1。本发明是通过层状硅酸盐矿物的吸附性使纳米管固定在其表面，通过静电效应产生相互排斥，同时超声震荡产生的冲击波和微射流可大幅度削弱纳米颗粒间的作用能，有效防止纳米颗粒团聚使之充分分散，且不破坏碳纳米管的原有结构和性能。
本发明优选将层状硅酸盐类物质与去离子水水混合，进行磁力搅拌，得到层状硅酸盐溶液。
在本发明中，所述层状硅酸盐类物质优选为蒙脱石、锂皂石、高岭石和累托石中的一种或几种；
所述层状硅酸盐类物质的质量与去离子水的体积之比优选为1mg：(1～100)mL，更优选为1mg：(5～80)，具体的，可以是1mg：1.5mL、1mg：6mL、1mg：10mL、1mg：20mL或1mg：100mL。
所述磁力搅拌的转速优选为100～500rpm，更优选为200～400rpm，具体的，可以是100rpm、200rpm、400rpm或500rpm；所述磁力搅拌的时间优选为10～30min，更优选为15～25min，最优选为20min；具体的，可以是15min或30min。
本发明将碳纳米管加入层状硅酸盐溶液中，进行超声，对碳纳米管进行分散。
所述碳纳米管优选为多壁碳纳米管或者单壁碳纳米管，所述碳纳米管的直径优选为10～20nm，更优选为13～18nm，最优选为15～16nm；所述碳纳米管的长度优选为1～10μm，更优选为2～8μm，最优选为4～5μm。所述碳纳米管的纯度优选＞95％。
所述碳纳米管的质量与所述层状硅酸盐溶液的体积之比为(0.01～10)mg：1mL，更优选为(0.5～8)：1，具体的，可以是0.01:1、1.7:1、3.3:1、0.5:1或10:1。
所述超声的功率优选为100～400W，更优选为200～300W，具体的，可以是100W、200W、300W或400W；所述超声的时间优选为10～60min，更优选为20～50min，具体的，可以是10min、20min、30min或60min。
本发明提供了一种分散碳纳米管的方法，包括以下步骤：将层状硅酸盐类物质与水混合，得到层状硅酸盐溶液；将碳纳米管加入层状硅酸盐溶液中，进行超声，对碳纳米管进行分散；所述层状硅酸盐类物质为蒙脱石、锂皂石、高岭石和累托石中的一种或几种；所述碳纳米管的质量与层状硅酸盐溶液的体积之比为(0.01～10)mg：1mL。
与现有的分散碳纳米管的方法相比，本发明中的方法具有以下优点：
1)层状硅酸盐物质与碳纳米管会形成混合胶束吸附在碳纳米管表面，通过静电效应各胶束间相互排斥，阻碍了碳纳米管团聚作用及相互缠绕现象。同时超声震荡产生的局部高温、高压或强冲击波和微射流可大幅度削弱纳米颗粒间的作用能，有效防止纳米颗粒团聚使之充分分散。
2)本发明采用层状硅酸盐分散碳纳米管，操作简单、无污染、成本低，分散效果好，不破坏碳纳米管的原有结构。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种分散碳纳米管的方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
在100mL锥形瓶中，加入50mL去离子水，加入0.5mg蒙拓石，在室温下磁力搅拌30min，搅拌速率为100rpm，得到均匀稳定的蒙拓石溶液，向蒙拓石溶液中加入0.5mg多壁碳纳米管，在超声功率100W下超声60min，得到均匀稳定的碳纳米管蒙拓石溶液。
实施例2
在100mL锥形瓶中，加入60mL去离子水，加入3mg蒙拓石，在室温下磁力搅拌30min，搅拌速率为500rpm，得到均匀稳定的蒙拓石溶液，向蒙拓石溶液中加入30mg多壁碳纳米管，在超声功率400W下超声10min，得到均匀稳定的碳纳米管蒙拓石溶液。
实施例3
在100mL锥形瓶中，加入60mL去离子水，加入60mg锂皂石，在室温下磁力搅拌30min，搅拌速率为100rpm，得到均匀稳定的蒙拓石溶液，向蒙拓石溶液中加入600mg多壁碳纳米管，在超声功率100W下超声60min，得到均匀稳定的碳纳米管锂皂石溶液。
实施例4
在100mL锥形瓶中，加入60mL去离子水，加入20mg锂皂石和20mg蒙拓石，在室温下磁力搅拌15min，搅拌速率为400rpm，得到均匀稳定的锂皂石蒙拓石溶液，向锂皂石蒙拓石溶液中加入200mg多壁碳纳米管，在超声功率300W下超声20min，得到均匀稳定的碳纳米管锂皂石蒙拓石溶液。
实施例5
在100mL锥形瓶中，加入60mL去离子水，加入10mg累托石，在室温下磁力搅拌15min，搅拌速率为200rpm，得到均匀稳定的蒙拓石溶液，向蒙拓石溶液中加入100mg多壁碳纳米管，在超声功率200W下超声30min，得到均匀稳定的碳纳米管累托石溶液。
对比例1
在100mL锥形瓶中，加入60mL去离子水，加入30mg的多壁碳纳米管。在超声功率400W下超声10min，得到碳纳米水溶液。
对比例2
在100mL锥形瓶中，加入60mL阳离子十六烷基三甲基溴化铵CTAB，加入30mg的多壁碳纳米管。在超声功率400W下超声10min，得到碳纳米-CTAB溶液。
上述实施例和对比例中的碳纳米管的分散溶液状态如图2所示，由图2可以看出，相对于单独的超声分散(对比例1)或传统的表面活性剂分散(对比例2)，实施例1～5的分散效率有着极显著的提高，说明本发明提供的方法能够快速、高效的对碳纳米管进行有效分散。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种分散碳纳米管的方法，包括以下步骤：
将层状硅酸盐类物质与水混合，得到层状硅酸盐溶液；
将碳纳米管加入层状硅酸盐溶液中，进行超声，对碳纳米管进行分散；
所述层状硅酸盐类物质为蒙脱石、锂皂石、高岭石和累托石中的一种或几种；
所述碳纳米管的质量与层状硅酸盐溶液的体积之比为(0.01～10)mg：1mL。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述层状硅酸盐类物质的质量与水的体积之比为1mg：(1～100)mL。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管的直径为10～20nm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管的长度为1～10μm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声的功率为100～400W；
所述超声的时间为10～60min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将层状硅酸盐类物质与水混合后，进行磁力搅拌，得到层状硅酸盐溶液；
所述磁力搅拌的转速为100～500rpm；
所述磁力搅拌的时间为10～30min。
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