CN113385051A - 一种二维纳米多孔介质材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二维纳米多孔介质材料，其制备方法包括如下步骤：(1)选择结构完整的N根碳纳米管，按照一定的间距沿Y方向进行有序排列；(2)将结构完整的M根石墨烯条带，按照一定的间距垂直于碳纳米管排列方向交错插入其中，形成二维纳米多孔结构体系，即所述二维纳米多孔介质材料；调节碳纳米管与碳纳米管、石墨烯条带与石墨烯条带的间距，以保证其达到所需的渗透性、稳定强度。本发明相较于传统的石墨烯织物其结构的热稳定性进一步增强，可广泛应用于传感器、渗透膜等领域。

Description

一种二维纳米多孔介质材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及介孔材料设计技术领域，尤其是涉及一种二维纳米多孔介质材料及其制备方法。
背景技术
鉴于二维纳米多孔材料可作为离子和分子筛的膜引起研究者广泛关注。为了制造功能性滤膜，已开发了几种在二维材料中产生纳米孔的方法，这对于滤膜系统至关重要。这些方法中的大多数被归类为物理方法，例如，离子轰击方法，电子束光刻方法和紫外线诱导的氧化蚀刻以及嵌段共聚物光刻。2004年石墨烯被分离出来并被发现具有优异的物理性能，其机械性能在开发纳米器件中引起了极大的关注，石墨烯是用于制备过滤薄膜的理想候选材料。化学气相沉积技术用来制造大面积的石墨烯片，通过此方法生产的大面积石墨烯片包含晶界。尽管无缺陷的石墨烯表现出优异的机械性能，但大面积石墨烯中不可避免的面内晶界会严重削弱机械强度，而孔的引入可能会进一步损害单层石墨烯的结构完整性。
制造二维纳米多孔材料，通过编织纳米带形成纳米纹理是另一种物理方法。一种解决方案是将石墨烯纳米带交错插入到许多单个石墨烯纳米带中，以防止裂纹的扩展，同时将这些带绑在一起形成大面积的纳米带织物。一般来说，石墨烯在有限的温度下产生波纹，因此在热稳定性上变得不稳定。由于碳带的宽度远远小于其长度，这种新型碳材料在较高的温度下具有热不稳定性，结构容易遭到破坏。因此，可靠地生产具有足够机械强度的大面积二维纳米多孔材料仍然是所面临的严峻的挑战。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种二维纳米多孔介质材料及其制备方法。本发明相较于传统的石墨烯织物其结构的热稳定性进一步增强，可广泛应用于传感器、渗透膜等领域。
本发明的技术方案如下：
一种二维纳米多孔介质材料，所述二维纳米多孔介质材料的制备方法包括如下步骤：
(1)选择结构完整的N根碳纳米管，按照一定的间距沿Y方向进行有序排列；
(2)将结构完整的M根石墨烯条带，按照一定的间距垂直于碳纳米管排列方向交错插入其中，形成二维纳米多孔结构体系，即所述二维纳米多孔介质材料；
调节碳纳米管与碳纳米管、石墨烯条带与石墨烯条带的间距，以保证其达到所需的渗透性、稳定强度。
步骤(1)中，所述碳纳米管的直径D＝10nm。
步骤(1)中，所述碳纳米管的长度L1＝100nm。
步骤(1)中，所述碳纳米管相互之间的间距相隔d1＝10nm。
步骤(2)中，所述石墨烯条带的宽度W＝10nm。
步骤(2)中，所述石墨烯条带的长度L2＝100nm。
步骤(2)中，所述石墨烯条带的间距相隔d2＝5nm。
可根据过滤和强度要求来选择碳纳米管的直径、长度和管间距。
可根据过滤和强度要求来选择选择石墨烯带的宽度、长度和带间距。
可根据过滤体系来调节碳纳米管和石墨烯条带交叉处形成的孔洞大小。
本发明有益的技术效果在于：
本发明提出了一种二维纳米多孔介质材料设计的新方法，碳管网络阻止了石墨烯中裂纹的传播，有效地增强了体系结构的强度和热稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例的工作流程图；
图2为碳管与石墨烯带织物模型及其相应几何尺寸；
图3为碳管与石墨烯带织物应力应变曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
参照图1，一种二维纳米多孔介质材料，所述二维纳米多孔介质材料的制备方法包括如下步骤：
(1)选择结构完整的N根直径D＝10nm、长度L1＝100nm的碳纳米管，间距相隔d1＝10nm沿Y方向进行有序排列；
(2)将结构完整的M根宽度W＝10nm、长度L2＝100nm的石墨烯条带，间距相隔d2＝5nm垂直于碳管排列方向交错插入其中，形成二维纳米多孔结构体系，即所述二维纳米多孔介质材料。
实施例1制得材料的应力应变曲线如图3所示。
根据需要调节碳纳米管与碳纳米管、石墨烯带与石墨烯带的间距，以保证其达到所需的渗透性、稳定强度等需求。
以上是本发明的较佳实施例，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所作的任何改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种二维纳米多孔介质材料，其特征在于，所述二维纳米多孔介质材料的制备方法包括如下步骤：
(1)选择结构完整的N根碳纳米管，按照一定的间距沿Y方向进行有序排列；
(2)将结构完整的M根石墨烯条带，按照一定的间距垂直于碳纳米管排列方向交错插入其中，形成二维纳米多孔结构体系，即所述二维纳米多孔介质材料；
调节碳纳米管与碳纳米管、石墨烯条带与石墨烯条带的间距，以保证其达到所需的渗透性、稳定强度。
2.根据权利要求1所述的二维纳米多孔介质材料，其特征在于，步骤(1)中，所述碳纳米管的直径D＝10nm。
3.根据权利要求1所述的二维纳米多孔介质材料，其特征在于，步骤(1)中，所述碳纳米管的长度L1＝100nm。
4.根据权利要求1所述的二维纳米多孔介质材料，其特征在于，步骤(1)中，所述碳纳米管相互之间的间距相隔d1＝10nm。
5.根据权利要求1所述的二维纳米多孔介质材料，其特征在于，步骤(2)中，所述石墨烯条带的宽度W＝10nm。
6.根据权利要求1所述的二维纳米多孔介质材料，其特征在于，步骤(2)中，所述石墨烯条带的长度L2＝100nm。
7.根据权利要求1所述的二维纳米多孔介质材料，其特征在于，步骤(2)中，所述石墨烯条带的间距相隔d2＝5nm。
8.根据权利要求1所述的二维纳米多孔介质材料，其特征在于，可根据过滤和强度要求来选择碳纳米管的直径、长度和管间距。
9.根据权利要求1所述的二维纳米多孔介质材料，其特征在于，可根据过滤和强度要求来选择选择石墨烯带的宽度、长度和带间距。
10.根据权利要求1所述的二维纳米多孔介质材料，其特征在于，可根据过滤体系来调节碳纳米管和石墨烯条带交叉处形成的孔洞大小。
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