CN115744883A - 一种三维分层多孔碳纳米管泡沫及其制备方法 - Google Patents
一种三维分层多孔碳纳米管泡沫及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115744883A CN115744883A CN202211460092.2A CN202211460092A CN115744883A CN 115744883 A CN115744883 A CN 115744883A CN 202211460092 A CN202211460092 A CN 202211460092A CN 115744883 A CN115744883 A CN 115744883A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- solution
- foam
- drying
- nanotube film
- 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
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 80
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 80
- 239000006260 foam Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000002238 carbon nanotube film Substances 0.000 claims abstract description 76
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 62
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 12
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 11
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 10
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 3
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 2
- 238000009777 vacuum freeze-drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 68
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 abstract description 12
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 abstract description 7
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 abstract description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 9
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 9
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000001007 puffing effect Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910021387 carbon allotrope Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种三维分层多孔碳纳米管泡沫及其制备方法，制备方法如下：采用盐酸和过氧化氢的混合溶液作为氧化溶液，将碳纳米管薄膜浸泡在氧化溶液中，利用此过程产生的大量气泡实现碳纳米管薄膜的膨化，然后用氢氧化钠溶液进行中和，直至PH为7，再进一步用去离子水冲洗去除剩余的杂质，最后经干燥获得碳纳米管泡沫。本发明制备的碳纳米管泡沫在形状、尺寸和图案上没有限制，制备过程操作简单，可用于大规模的生产应用；碳纳米管薄膜自膨胀时间从几个小时缩短到几分钟，反应时间短；制备的碳纳米管泡沫具有较高的比表面积，多级分层的孔隙结构，连接良好的导电网络，密度低至1.0g/cm3，可以广泛用于储能、油吸附、电磁屏蔽等领域。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种三维分层多孔碳纳米管泡沫及其制备方法。
背景技术
碳纳米管是碳的同素异形体之一，具有优异的力学、电学和热学性能。对于大多数实际应用而言都需要宏观材料，因此有必要将单个碳纳米管组装成宏观组件，同时保持它们优异的性能。经过十几年的研究，已经制备出了基于碳纳米管的多维度组件，如一维的碳纳米管纤维，二维的碳纳米管薄膜，三维的碳纳米管泡沫。在这些所有的结构中，三维碳纳米管泡沫由于具有较高的比表面积，多级分层的孔隙结构，连接良好的导电网络，强大的电子传输能力，大量的活性位点，可以满足不同的应用需求，引起了人们越来越多的关注。
碳纳米管泡沫的制备通常采用溶胶-凝胶法和化学气相沉积法。溶胶-凝胶法是将碳纳米管分散在水溶液中，在凝胶材料的粘结作用下形成致密的三维水凝胶结构，再通过冷冻干燥或临界干燥去除水分，最终得到泡沫结构。该方法的缺陷是碳纳米管的长度和质量有限，碳纳米管间共价键作用较弱，因此溶胶-凝胶法制备的碳纳米管泡沫电和机械性能有限，通常易碎。
相较于多步骤、耗时的溶胶-凝胶法，化学气相沉积法是一种高效快速的一步合成法，可以制备出具有一定取向的，同时可以保持优异机械和电性能的碳纳米管泡沫，但是基于化学气相沉积方法的本质，要原位控制碳纳米管的类型(碳纳米管壁的数量、手性)和泡沫的形状仍然具有很大的难度，而且在碳纳米管泡沫成长过程中也难以在温和的条件下去除残留的催化剂。
对于溶胶-凝胶法和化学气相沉积法存在的上述问题，美国专利US 9102537 B2公开了一种制备三维超轻纯碳纳米管泡沫的创新方法，该方法是将碳纳米管薄膜置于室温下在硫酸和过氧化氢的混合溶液中自发膨胀，然后进行冷冻干燥，得到碳纳米管泡沫。Luo等(Self-Expansion Construction of Ultralight Carbon Nanotube Aerogels with a 3Dand Hierarchical Cellular Structure,small 2017,13,1700966.)报道了使用相同的方法来制备碳纳米管泡沫，使用该方法碳纳米管薄膜在氧化溶液浸泡24小时后厚度仅达到了0.35cm。
但是将碳纳米管薄膜置于室温下在硫酸和过氧化氢的混合溶液中自发膨胀，进而获得三维超轻纯碳纳米管泡沫的方法，存在着膨胀时间长，膨胀后的纳米管泡沫厚度相对较薄的缺陷，无法满足纳米管泡沫的多方面应用。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种三维分层碳纳米管泡沫及其制备方法，制备方法如下：采用盐酸和过氧化氢的混合溶液作为氧化溶液，将碳纳米管薄膜浸泡在氧化溶液中，利用此过程产生的大量气泡实现碳纳米管薄膜的膨化，然后用氢氧化钠溶液进行中和，直至PH为7，再进一步用去离子水冲洗去除剩余的杂质，最后经干燥获得碳纳米管泡沫。
因为盐酸和过氧化氢反应会释放出大量的氢气和氧气，所以浸泡在盐酸和过氧化氢的混合溶液中的碳纳米管薄膜结构内会不断地产生气体，使得碳纳米管薄膜在短短几分钟内就膨化到一定的高度。在该过程中，可以选择不同的容器来进行，以便控制最终碳纳米管泡沫的形状。
为了达到上述效果，本发明采用了以下技术方案：
本发明提供了一种三维分层多孔碳纳米管泡沫的制备方法，具体步骤如下：
1)对碳纳米管薄膜进行剪切；
2)将过氧化氢溶液和盐酸溶液搅拌均匀，获得氧化溶液；
3)将步骤1)剪切好的碳纳米管薄膜置于步骤2)的氧化溶液中，进行碳纳米管薄膜的自膨胀过程；
4)将步骤3)所得样品取出，放入水中，加入碱溶液对其进行中和，直至PH为7，水洗杂质；
5)对步骤4)所得样品进行干燥，去除水分，即可获得三维分层多孔碳纳米管泡沫。
进一步的，步骤(2)过氧化氢溶液的浓度为30wt％，所述盐酸溶液的浓度为37wt％。
进一步的，步骤(2)过氧化氢与盐酸的体积比为1～3：1～3。
进一步的，步骤(2)所述自膨胀时间为2min～4min。
进一步的，步骤(2)所述自膨胀高度为12mm～9cm。
进一步的，步骤(3)自膨胀过程在室温或50℃～70℃下进行。
进一步的，步骤(4)氢氧化钠溶液的浓度为0.5mol/L～4mol/L。
进一步的，步骤(5)干燥方法为如下任一种：室温干燥、真空干燥、冷冻低温干燥。
进一步的，步骤(5)室温干燥为25℃干燥24小时；真空干燥为120℃烘干1小时；冷冻低温干燥为-56℃冻干18小时。
本发明中室温温度是指25℃。
本发明的制备方法操作简单，反应时间短，可以利用碳纳米管薄膜制造出密度、结构、几何形状可控的超轻三维分层多孔碳纳米管泡沫。
有益效果：
1、碳纳米管泡沫在形状、尺寸和图案上没有限制，可用于大规模的生产应用。
2、碳纳米管薄膜自膨胀时间从十几个小时缩短到几分钟，反应时间短，制备过程操作简单，效率高。
3、制备的碳纳米管泡沫具有较高的比表面积，多级分层的孔隙结构，连接良好的导电网络，密度低至～1.0g/cm3，可以广泛用于储能、油吸附、电磁屏蔽等领域。
附图说明
图1是碳纳米管泡沫的制备流程图。
图2是碳纳米管薄膜的扫描电镜图。
图3是实施例1碳纳米管自膨胀过程厚度随时间变化的折线图。
图4是实施例1碳纳米管薄膜和碳纳米管泡沫的密度、厚度、体积、宽度和长度的比较图。
图5是实施例4碳纳米管薄膜自膨胀后的样品图。
图6是实施例7碳纳米管薄膜和碳纳米管泡沫的实物图。
图7是实施例7碳纳米管泡沫不同倍率下的扫描电镜图。
图8是实施例3制备的不同形状、图案的碳纳米管泡沫的实物图，图A从左至右，碳纳米管泡沫形态分别为长方体(宽度大于长度)、中间带孔长方体、长方体(长度大于宽度)、圆柱体、不规则体；图B是长方体(长度大于宽度)碳纳米管泡沫局部实物放大图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。下面结合实施例和实验结果对本发明作进一步的说明。
本发明中所使用的碳纳米管薄膜，其扫描电镜图如图2所示，此碳纳米管薄膜由随机排列的碳纳米管组成，相邻的碳纳米管依靠范德华力紧紧结合在一起，形成了不需要基底支撑的独立的碳纳米管薄膜。在本发明中，过氧化氢和盐酸均为市售产品；碳纳米管薄膜的种类和来源没有限制，采用本领域技术人员熟知的市售产品或按照本领域技术人员熟知的制备碳纳米管薄膜的方法制备即可。
实施例1
一种三维分层多孔碳纳米管泡沫的制备方法，具体步骤如下：
1)将碳纳米管薄膜(64mm×32mm×0.2mm)剪切成中间有孔洞图案的形状；
2)量取质量分数为30％的过氧化氢溶液40mL置于烧杯中，量取质量分数为37％的盐酸溶液40mL，将其沿玻璃棒缓慢倒入装有过氧化氢溶液的容器中，搅拌均匀，得氧化溶液；
3)将剪切好的碳纳米管薄膜置入氧化溶液中，在室温下进行碳纳米管薄膜的自膨胀过程；膨胀时间约三分钟，高度可达16mm。
4)取出膨胀后的样品置于装有水的烧杯中，加入浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液进行中和，直至PH为7，再次用去离子水冲洗去除杂质；
5)最后将样品置于真空烘箱中，120℃烘干1小时，获得三维分层多孔碳纳米管泡沫。
本实施例的碳纳米管自膨胀过程厚度随时间变化的折线图如图3所示；碳纳米管薄膜和碳纳米管泡沫的密度、厚度、体积、宽度和长度的比较图如图4所示。
实施例2
一种三维分层多孔碳纳米管泡沫的制备方法，具体步骤如下：
1)将碳纳米管薄膜(64mm×32mm×0.2mm)剪切成中间有孔洞图案的形状；
2)量取质量分数为30％的过氧化氢溶液40mL置于烧杯中，量取质量分数为37％的盐酸溶液40mL，将其沿玻璃棒缓慢倒入装有过氧化氢溶液的烧杯中，搅拌均匀，得氧化溶液；
3)将剪切好的碳纳米管薄膜置入氧化溶液中，在室温下进行碳纳米管薄膜的自膨胀过程；膨胀时间约四分钟，高度可达25mm。
4)取出膨胀后的样品置于装有水的烧杯中，加入浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液进行中和，直至PH为7，再次用去离子水冲洗去除杂质。
5)最后将样品置于室温下进行干燥，干燥24小时，获得三维分层多孔碳纳米管泡沫。
实施例3
一种三维分层多孔碳纳米管泡沫的制备方法，具体步骤如下：
1)将碳纳米管薄膜(64mm×32mm×0.2mm)剪切成中间有孔洞图案的形状；
2)量取质量分数为30％的过氧化氢溶液40mL置于烧杯中，量取质量分数为37％的盐酸溶液40mL，将其沿玻璃棒缓慢倒入装有过氧化氢溶液的烧杯中，搅拌均匀，得氧化溶液；
3)将剪切好的碳纳米管薄膜置入氧化溶液中，在室温下进行碳纳米管薄膜的自膨胀过程；膨胀时间约四分钟，高度可达23mm。
4)取出膨胀后的样品置于装有水的烧杯中，加入浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液进行中和，直至PH为7，再次用去离子水冲洗去除杂质；
5)最后将样品置于冷冻干燥机中，-56℃冻干18小时，得到三维分层多孔碳纳米管泡沫。
本发明采用实施例3所述的方法制备碳纳米管泡沫，对碳纳米管薄膜的图案进行了不同的设计，所制备的碳纳米管泡沫样品如图8所示。
实施例4
1)将碳纳米管薄膜剪切成110mm×80mm×0.165mm的薄膜切片；
2)量取质量分数为30％的过氧化氢溶液40mL置于烧杯中，量取质量分数为37％的盐酸溶液40mL，将其沿玻璃棒缓慢倒入装有过氧化氢溶液的烧杯中，搅拌均匀，得氧化溶液；
3)将剪切好的碳纳米管薄膜置入氧化溶液中，在室温下进行碳纳米管薄膜的自膨胀过程，膨胀时间约四分钟；膨化高度达9cm。
4)取出膨胀后的样品置于装有水的烧杯中，加入浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液进行中和，直至PH为7，再次用去离子水冲洗去除杂质；
5)最后将样品置于冷冻干燥机中，-56℃冻干18小时，得到三维分层多孔碳纳米管泡沫。
本实施例的碳纳米管薄膜自膨胀后的样品图如图5所示。
实施例5
一种三维分层多孔碳纳米管泡沫的制备方法，具体步骤如下：
1)将碳纳米管薄膜剪切成110mm×80mm×0.165mm的薄膜切片；
2)量取质量分数为30％的过氧化氢溶液30mL置于烧杯中，量取质量分数为37％的盐酸溶液60mL，将其沿玻璃棒缓慢倒入装有过氧化氢溶液的烧杯中，搅拌均匀，得氧化溶液；
3)将剪切好的碳纳米管薄膜置入氧化溶液中，在室温下进行碳纳米管薄膜的自膨胀过程，膨胀时间约四分钟；膨化高度达30mm。
4)取出膨胀后的样品置于装有水的烧杯中，加入浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液进行中和，直至PH为7，再次用去离子水冲洗去除杂质；
5)最后将样品置于冷冻干燥机中，-56℃冻干18小时，得到三维分层多孔碳纳米管泡沫。
实施例6
一种三维分层多孔碳纳米管泡沫的制备方法，具体步骤如下：
1)将碳纳米管薄膜剪切成110mm×80mm×0.165mm的薄膜切片；
2)量取质量分数为30％的过氧化氢溶液40mL置于烧杯中，量取质量分数为37％的盐酸溶液120mL，将其缓慢沿玻璃棒倒入装有过氧化氢溶液的烧杯中，搅拌均匀，得氧化溶液；
3)将剪切好的碳纳米管薄膜置入氧化溶液中，在室温下进行碳纳米管薄膜的自膨胀过程；膨胀时间约四分钟，高度达18mm。
4)取出膨胀后的样品置于装有水的烧杯中，加入浓度2mol/L的氢氧化钠溶液进行中和，直至PH为7，再次用去离子水冲洗去除杂质；
5)最后将样品置于冷冻干燥机中，-56℃冻干18小时，得到三维分层多孔碳纳米管泡沫。
实施例7
一种三维分层多孔碳纳米管泡沫的制备方法，具体步骤如下：
1)将碳纳米管薄膜剪切成50mm×30mm×0.2mm的薄膜切片；
2)量取质量分数为30％的过氧化氢溶液80mL置于烧杯中，量取质量分数为37％的盐酸溶液40mL，将其沿玻璃棒缓慢倒入装有氢氧化钠溶液的烧杯中，搅拌均匀，得氧化溶液；
3)将剪切好的碳纳米管薄膜置入氧化溶液中，在室温下进行碳纳米管薄膜的自膨胀过程；膨胀时间约四分钟，膨化高度达32mm。
4)取出膨胀后的样品置于装有水的烧杯中，加入浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液进行中和，直至PH为7，再次用去离子水冲洗去除杂质；
5)最后将样品置于真空烘箱中，150℃烘干1小时，得到三维分层多孔碳纳米管泡沫。
本实施例的碳纳米管薄膜和碳纳米管泡沫的实物图如图6所示。
实施例7
一种三维分层多孔碳纳米管泡沫的制备方法，具体步骤如下：
1)将碳纳米管薄膜剪切成50mm×30mm×0.2mm的薄膜切片；
2)量取质量分数为30％的过氧化氢溶液120mL置于烧杯中，量取质量分数为37％的盐酸溶液40mL，将其沿玻璃棒缓慢倒入装有氢氧化钠溶液的烧杯中，搅拌均匀，得氧化溶液；
3)将剪切好的碳纳米管薄膜置入氧化溶液中，在室温下进行碳纳米管薄膜的自膨胀过程；膨胀时间约四分钟，膨化高度约12mm。
4)取出膨胀后的样品置于装有水的烧杯中，加入浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液进行中和，直至PH为7，再次用去离子水冲洗去除杂质；
5)最后将样品置于冷冻干燥机中，-56℃冻干18小时，得到三维分层多孔碳纳米管泡沫。
实施例8
一种三维分层多孔碳纳米管泡沫的制备方法，具体步骤如下：
1)将碳纳米管薄膜剪切成50mm×30mm×0.2mm的薄膜切片；
2)量取质量分数为30％的过氧化氢溶液40mL置于烧杯中，量取质量分数为37％的盐酸溶液40mL，将其沿玻璃棒缓慢倒入装有氢氧化钠溶液的烧杯中，搅拌均匀，得氧化溶液；
3)将剪切好的碳纳米管薄膜置入氧化溶液中，膨化过程中对溶液进行加热，温度保持60℃；膨胀约二分钟，高度达40mm。
4)取出膨胀后的样品置于装有水的烧杯中，加入浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液进行中和，直至PH为7，再次用去离子水冲洗去除杂质；
5)最后将样品置于冷冻干燥机中，-56℃冻干18小时，得到三维分层多孔碳纳米管泡沫。
本实施例的碳纳米管泡沫在不同倍率下的扫描电镜图如图7所示。
实验结果
1、三维分层多孔碳纳米管泡沫制备流程如图1所示，盐酸和过氧化氢的混合溶液作为氧化溶液，两者反应产生大量的气泡，在气泡的作用下，碳纳米管薄膜在溶液中剥离分层，自发膨胀，厚度增加，经碱性溶液中和，去离子水冲洗，干燥，最终得到形状、结构和密度可控的超轻三维分层多孔碳纳米管泡沫。
2、实施例1碳纳米管薄膜的厚度随反应时间的变化如图3所示，超薄的碳纳米管薄膜(0.2mm)在浸泡约一分钟后，迅速膨胀，厚度达到2.5mm左右，在溶液中浸泡三分钟后，出现典型的分层多孔结构，厚度达到16mm。
3、实施例1制备的碳纳米管泡沫相与原始的碳纳米管薄膜在密度、厚度、体积、宽度和长度的比较如图4所示，前者相较于后者，密度减少了97％，厚度增加了7900％，体积增大了3172％，宽度和长度分别减少了25％和27％。
3、实施例4制备的碳纳米管泡沫样品如图5所示，在碳纳米管薄膜放入溶液中4分钟左右，碳纳米管薄膜的厚度迅速增加至9cm，碳纳米管泡沫出现如图5所示的三维分层结构。
4、其它实施例制备的碳纳米管泡沫样品如图8所示，碳纳米管泡沫形态分别为长方体(宽度大于长度)、中间带孔长方体、长方体(长度大于宽度)、圆柱体、不规则体，可见对碳纳米管薄膜的图案进行设计后，可制备出形状可控的碳纳米管泡沫。
本发明提供了一种密度、结构和形状可控的三维碳纳米管泡沫的高效制备方法，盐酸和过氧化氢作为碳纳米管薄膜自膨胀的氧化溶液，在室温下，仅四分钟左右可以达到9cm的厚度，而且在此过程中还可以对碳纳米管薄膜的图案进行设计，制备出形状可控的碳纳米管泡沫。
以上所述仅是本发明的优选实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。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，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种三维分层多孔碳纳米管泡沫的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)对碳纳米管薄膜进行剪切；
(2)将过氧化氢溶液和盐酸溶液搅拌均匀，获得氧化溶液；
(3)将步骤1)剪切好的碳纳米管薄膜置于步骤2)的氧化溶液中，进行碳纳米管薄膜的自膨胀过程；
(4)将步骤3)所得样品取出，放入水中，加入碱溶液对其进行中和，直至PH为7，水洗去杂；
(5)将步骤4)所得的样品进行干燥，去除水分，即可获得三维分层多孔碳纳米管泡沫。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述过氧化氢溶液的浓度为30wt％，所述盐酸溶液的浓度为37wt％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述过氧化氢溶液与盐酸溶液的体积比为1～3：1～3。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述自膨胀时间为2min～4min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述自膨胀高度为12mm～9cm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述自膨胀过程在室温或50℃～70℃下进行。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述碱溶液为氢氧化钠溶液，浓度为0.5mol/L～4mol/L。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述干燥方法为如下任一种：室温干燥、真空干燥、冷冻低温干燥。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述室温干燥为25℃干燥24小时；所述真空干燥为120℃烘干1小时；所述冷冻低温干燥为-56℃冻干18小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211460092.2A CN115744883A (zh) | 2022-11-17 | 2022-11-17 | 一种三维分层多孔碳纳米管泡沫及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211460092.2A CN115744883A (zh) | 2022-11-17 | 2022-11-17 | 一种三维分层多孔碳纳米管泡沫及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115744883A true CN115744883A (zh) | 2023-03-07 |
Family
ID=85334195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211460092.2A Pending CN115744883A (zh) | 2022-11-17 | 2022-11-17 | 一种三维分层多孔碳纳米管泡沫及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115744883A (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| KR20150119529A (ko) * | 2014-04-15 | 2015-10-26 | 한국기계연구원 | 대면적 산화 그래핀의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 대면적 산화 그래핀 |
-
2022
- 2022-11-17 CN CN202211460092.2A patent/CN115744883A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| KR20150119529A (ko) * | 2014-04-15 | 2015-10-26 | 한국기계연구원 | 대면적 산화 그래핀의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 대면적 산화 그래핀 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张凤翻等: "《热固性树脂基复合材料预浸料使用手册》", 中国建材工业出版社, pages: 176 - 177 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108698849B (zh) | 通过在悬浮的非负载型石墨烯纳米片上生长氧化锌纳米棒或微米棒获得的石墨烯基复合纳米结构的生产 | |
| CN109292760B (zh) | 一种制备石墨烯的方法 | |
| CN103232027B (zh) | 一种三维氮化硼泡沫及其制备方法 | |
| CN103466604A (zh) | 一种多孔石墨烯的制备方法 | |
| CN105688285A (zh) | 一种石墨烯材料涂覆壳聚糖三维支架的制备方法 | |
| CN113353902B (zh) | 一种激光剥离紫磷纳米片的方法 | |
| CN106315550B (zh) | 一种碳纳米管海绵体的制备方法 | |
| CN112087939A (zh) | 一种FeCoNi@C/碳纳米管磁性复合吸波材料及其制备方法与应用 | |
| JP3767756B2 (ja) | 電解質膜の製造方法 | |
| CN110498993B (zh) | 一种多孔pva/纤维素纳米晶水凝胶及其制备方法 | |
| CN115744883A (zh) | 一种三维分层多孔碳纳米管泡沫及其制备方法 | |
| CN113697792A (zh) | 一种大尺寸块状生物框架/MOFs衍生复合碳材料及其制备方法 | |
| CN111359549B (zh) | 一种复合水凝胶和气凝胶的制备方法 | |
| Hu et al. | A state-of-the-art review on biomass-derived carbon materials for supercapacitor applications: From precursor selection to design optimization | |
| CN107096537B (zh) | 一种Fe2O3掺杂TiO2负载膨胀珍珠岩的漂浮型环境修复材料及其制备方法 | |
| CN109485912B (zh) | 一种回收cfrp的电促进异相催化装置及其控制方法 | |
| Pekala et al. | Carbon aerogels: an update on structure, properties, and applications | |
| CN112537767B (zh) | 一种高弹性三维石墨烯宏观体及其制备方法 | |
| CN113493198B (zh) | 一种超轻、超弹性、高导电三维多孔石墨烯材料及其制备方法 | |
| CN110684990A (zh) | 一种磷化钼纳米材料及其制备方法和用途 | |
| CN113684679A (zh) | 一种碳纤维基纳米复合材料的制备方法及其应用 | |
| CN108946707B (zh) | 石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 | |
| CN107973341A (zh) | 一种三维二氧化钛纳米材料的制备方法 | |
| CN103482616A (zh) | 一种石墨烯-二氧化锡纳米颗粒三维泡沫复合材料的制备方法 | |
| CN109336118B (zh) | 一种三维网状介孔二氧化硅块体的制备方法及其产品 |
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 | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20230704 Address after: Room 105, Building 3-1, Zhongke New Economic and Technological Innovation Center, Cuizhai Street, Xianxian District, Jinan City, Shandong Province, 250000 Applicant after: Qiyi Bird Detection Technology (Shandong) Co.,Ltd. Address before: Room A164, Cuizhai Business Center, No. 1, Central Street, Cuizhai Street, Xianxian District, Jinan, Shandong Province, 250000 Applicant before: Shandong Hydrogen Research Industry Development Co.,Ltd. |