CN111733347A - 一种制备无机富勒烯增强铝基纳米复合材料的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备无机富勒烯增强铝基纳米复合材料的合成方法，属于纳米复合材料合成领域，以铝粉和无机富勒烯纳米颗粒为原料，通过超声技术将无机富勒烯与铝粉均匀混合，采用优化后的热压法制备出均匀分布的无机富勒烯增强的铝基复合纳米材料。本发明制备的无机富勒烯增强的铝基复合材料中，无机富勒烯在铝基中具有良好的分散性，铝基质具有规则的晶粒尺寸，复合纳米材料具有不同于其他抗冲击材料的抗冲击原理和更好的抗冲击性能。该复合纳米材料在汽车、高铁、飞机安全，轻质减震材料等方面具有良好的应用前景。

Description

一种制备无机富勒烯增强铝基纳米复合材料的合成方法
技术领域
本发明涉及无机纳米复合材料制备领域，尤其涉及一种制备无机富勒烯增强铝基纳米复合材料的合成方法。
背景技术
铝是银白色的轻金属，是地壳中含量最高的金属，占整个地壳总重量的7.45％，我国有极为丰富的铝矿。铝及铝合金是当前用途最广泛的、最经济适用的材料之一。铝的熔点是660℃，沸点是2327℃。具有良好的导电性、导热性，可以用来制造电线，也大量用于化学和半导体与电子研究以及光学器件的生产。铝的表面因有致密的氧化物保护膜，耐腐蚀性较好。金属铝的密度为2.7g/cm3,具有很好的延展性，易于加工，可以成为各种型材、板材的制造材料，其抗腐蚀性能好。铝及铝合金广泛用于航空，航天材料和机械制造、船舶及化学工业中都有广泛的应用。
Tenne等人首次发现了WS2的无机碳纳米管(CNT)和无机类富勒烯(IF)结构。这些无机富勒烯纳米材料除了具有重要的机械性，生物相容性和电子特性外，还是优良的固体润滑剂，因此，将这些纳米材料结合到复合材料的适当基质中将极大的改善复合材料的物理和机械性能的。无机富勒烯纳米结构的另一个非凡特性是其卓越的减震性能，无机富勒烯具有最坚固的笼状结构，单独的无机富勒烯纳米粒子是极好的减震器，可承受极高的冲击波压力，这表明在轻质和高性能保护复合材料中的重要应用领域。将其结合到金属基质中，预计这种复合材料比用于防护的最佳抗冲击材料(例如，SiC，B4C)效果会提升几倍，具有广阔的应用前景。但无机富勒烯纳米颗粒容易团聚，很难均匀分散于基质中，所以急需一种生产的方法，将无机富勒烯纳米颗粒均匀的分散于基质中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备无机富勒烯增强铝基纳米复合材料的合成方法，解决解决背景技术中的技术问题。本发明目的在于提供将无机富勒烯纳米颗粒均匀分散在金属铝基质中，并将无机富勒烯纳米颗粒与金属铝基质固化在一起，从而形成无机富勒烯增强铝基纳米复合材料。本发明所制备的无机富勒烯增强铝基纳米复合材料在防护和抗冲击等方面存在潜在的应用价值。
一种制备无机富勒烯增强铝基纳米复合材料的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括如下步骤：
将无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2放入乙醇中并使用超声波探针进行分散，将无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2与乙醇混合物在80-90℃并带有剧烈搅拌下与Al粉末混合直至所有乙醇蒸发，在110-130℃的烘箱中干燥11-13小时得到初步的混合物样品，通过热压法将初步的混合物样品进行固化，完成合成。
进一步地，所述超声波探针进行分散的时间为为0.8-1.2小时，超声频率为80～90KHz。
进一步地，所述热压法的过程中，热压的温度为550～650℃，压力为75～85KN，气氛为N2的条件下热压30分钟。
进一步地，所述超声波探针的振动频率为85KHz，机器的热压温度为580℃。
进一步地，所述无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2的大小为40nm。
进一步地，将无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2与乙醇混合物加热到80℃，加入铝粉颗粒混合，并快速搅拌，直至乙醇完全挥发，制得20wt％-30wt％IF-WS2-与铝粉的混合固体样品，然后置于120℃的烘箱中烘干12小时。
进一步地，使用超声波技术的机械作用将无机富勒烯纳米颗粒均匀的分散于乙醇中，加热剧烈搅拌，并加入铝粉使其混合均匀，烘干后形成初步样品，然后通过改进的热压技术，将无机富勒烯与铝粉进行固化，生成分散均匀的无机富勒烯增强铝基复合材料。
本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
本发明通过以无机富勒烯为原料，以金属铝为基质，以乙醇作为介质将其混合，材料成本较低。生成的纳米复合材料中无机富勒烯可以均匀的分散在铝基质中，铝具有规则的晶粒尺寸。本发明制备的无机富勒烯增强铝基纳米复合材料具有轻质、极佳的减震性能和吸收冲击波的能力等特点，使得其在轻质减震材料和高性能防护材料中具有良好的应用前景。
附图说明
图1为制备的IF-WS2纳米颗粒的TEM图像(a)和30wt％IF-WS2增强的Al复合物(b)的SEM图像。
图2所示为合成无机富勒烯增强铝基复合纳米材料的实验流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
热压法的作用是预先将无机富勒烯纳米颗粒(IF)与基体金属粉末混合成淤浆状，然后经成型——干燥——热压制成金属基复合材料。超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。超声波的作用是当超声波流体介质中形成驻波时，悬浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处，在空间形成周期性的堆积，以达到无机富勒烯均匀分散于铝基材料中的目的。
实施例1
(1)将制备好的无机富勒烯纳米颗粒(IF-WS2大小约为40nm)在超声波探针的帮助下均匀分散在乙醇介质中，大约混合1小时，震动频率为85KHz。
(2)将上述溶液加热到80℃，加入铝粉颗粒充分混合，并剧烈搅拌，直至乙醇完全挥，制得20wt％IF-WS2与铝粉的混合样品，然后置于120℃的烘箱中烘干12小时。
(3)将烘干好的样品，在优化后的温度为580℃，压力为75KN的N2气氛下进行热压固化，即可获得无机富勒烯增强铝基纳米复合材料。
将所得的样品真空干燥后，用扫面电镜和透射电镜观察其微观形态，其微观形态如附图1中所示。
实施例2
(1)将制备好的无机富勒烯纳米颗粒(IF-WS2大小约为40nm)在超声波探针的帮助下均匀分散在乙醇介质中，大约混合1小时，震动频率为85KHz。
(2)将上述溶液加热到80℃，加入铝粉颗粒充分混合，并剧烈搅拌，直至乙醇完全挥，制得20wt％IF-WS2与铝粉的混合样品，然后置于120℃的烘箱中烘干12小时。
(3)将烘干好的样品，在优化后的温度为650℃，压力为85KN的N2气氛下进行热压固化，即可获得无机富勒烯增强铝基纳米复合材料。
实施例3
(1)将制备好的无机富勒烯纳米颗粒(IF-WS2大小约为40nm)在超声波探针的帮助下均匀分散在乙醇介质中，大约混合1小时，震动频率为85KHz。
(2)将上述溶液加热到80℃，加入铝粉颗粒充分混合，并剧烈搅拌，直至乙醇完全挥，制得30wt％IF-WS2与铝粉的混合样品，然后置于120℃的烘箱中烘干12小时。
(3)将烘干好的样品，在优化后的温度为580℃，压力为75KN的N2气氛下进行热压固化，即可获得无机富勒烯增强铝基纳米复合材料。
实施例4
(1)将制备好的无机富勒烯纳米颗粒(IF-WS2大小约为40nm)在超声波探针的帮助下均匀分散在乙醇介质中，大约混合1小时，震动频率为85KHz。
(2)将上述溶液加热到80℃，加入铝粉颗粒充分混合，并剧烈搅拌，直至乙醇完全挥，制得30wt％IF-WS2与铝粉的混合样品，然后置于120℃的烘箱中烘干12小时。
(3)将烘干好的样品，在优化后的温度为650℃，压力为85KN的N2气氛下进行热压固化，即可获得无机富勒烯增强铝基纳米复合材料。
使用超声波技术的机械作用将无机富勒烯纳米颗粒均匀的分散于乙醇中，加热剧烈搅拌，并加入铝粉使其混合均匀，烘干后形成初步样品，然后通过改进的热压技术，将无机富勒烯与铝粉进行固化，生成分散均匀的无机富勒烯增强铝基复合材料。
本申请以铝粉和无机富勒烯纳米颗粒为原料，通过超声技术将无机富勒烯与铝粉均匀混合，采用优化后的热压法制备出均匀分布的无机富勒烯增强的铝基复合纳米材料。本发明制备的无机富勒烯增强的铝基复合材料中，无机富勒烯在铝基中具有良好的分散性，铝基质具有规则的晶粒尺寸，复合纳米材料具有不同于其他抗冲击材料的抗冲击原理和更好的抗冲击性能。该复合纳米材料在汽车、高铁、飞机安全，轻质减震材料等方面具有良好的应用前景。
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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种制备无机富勒烯增强铝基纳米复合材料的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括如下步骤：
将无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2放入乙醇中并使用超声波探针进行分散，将无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2与乙醇混合物在80-90℃并带有剧烈搅拌下与Al粉末混合直至所有乙醇蒸发，在110-130℃的烘箱中干燥11-13小时得到初步的混合物样品，通过热压法将初步的混合物样品进行固化，完成合成。
2.根据权利要求1所述的一种制备无机富勒烯增强铝基纳米复合材料的合成方法，其特征在于：所述超声波探针进行分散的时间为为0.8-1.2小时，超声频率为80～90KHz。
3.根据权利要求1所述的一种制备无机富勒烯增强铝基纳米复合材料的合成方法，其特征在于：所述热压法的过程中，热压的温度为550～650℃，压力为75～85KN，气氛为N2的条件下热压30分钟。
4.根据权利要求1所述的一种制备无机富勒烯增强铝基纳米复合材料的合成方法，其特征在于：所述超声波探针的振动频率为85KHz，机器的热压温度为580℃。
5.根据权利要求4所述的一种制备无机富勒烯增强铝基纳米复合材料的合成方法，其特征在于：所述无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2的大小为40nm。
6.根据权利要求5所述的一种制备无机富勒烯增强铝基纳米复合材料的合成方法，其特征在于：将无机富勒烯纳米颗粒IF-WS2与乙醇混合物加热到80℃，加入铝粉颗粒混合，并快速搅拌，直至乙醇完全挥发，制得20wt％-30wt％IF-WS2与铝粉的混合固体样品，然后置于120℃的烘箱中烘干12小时。
7.根据权利要求1所述的一种制备无机富勒烯增强铝基纳米复合材料的合成方法，其特征在于：使用超声波技术的机械作用将无机富勒烯纳米颗粒均匀的分散于乙醇中，加热剧烈搅拌，并加入铝粉使其混合均匀，烘干后形成初步样品，然后通过改进的热压技术，将无机富勒烯与铝粉进行固化，生成分散均匀的无机富勒烯增强铝基复合材料。
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