TWI654074B - Method for producing composite material containing carbon material by using high energy thrust - Google Patents

Abstract

一種利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法，將一基材放置於一含有一碳材料的碳材料分散液中，使該基材之一表面接觸該碳材料分散液，接著提供一高能推力，該高能推力推動該碳材料分散液，使該碳材料進入該基材中，而形成一含有該碳材料的複合材料。

Description

利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法

本發明為有關一種製作含有碳材料之複合材料的方法，尤指一種利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法。

奈米碳管具有獨特的結構及許多優異的物化性質，例如高導熱性、高導電性、高強度以及質量輕等，使得奈米碳管的應用蓬勃發展，其中，將奈米碳管結合一基材，使該基材形成兼具奈米碳管優異特性的複合材料之領域，尤為發展快速，舉例來說，將奈米碳管加入金屬基材、塑膠基材、半導體元件以及紡織纖維等基材中，已被廣為研究及應用，由此可見結合奈米碳管所形成的複合材料之重要性。

習知製作含有奈米碳管之複合材料的方法，如中華民國發明公告專利第I448424號之「奈米碳管複合材料的製備方法」，其揭露一種奈米碳管複合材料的製備方法，係將一聚偏二氟乙烯溶解於一第一溶劑形成一聚偏二氟乙烯溶液，提供一奈米碳管粉末，並將該奈米碳管粉末分散於該聚偏二氟乙烯溶液中形成一第一懸濁液，將該第一懸濁液移到一第二溶劑，從而使該聚偏二氟乙烯從該第一溶劑中析出並部分複合於奈米碳管粉末的表面形成一第二懸濁液，將該第二懸濁液過濾獲得一中間產物，最後將該中間產物烘乾，形成該奈米碳管複合材料。

於製作含有奈米碳管之複合材料的過程中，奈米碳管確實地均勻分布於基材中，係為重要的環節之一，其影響複合材料的特性及品質。以現有技術來說，一為採用如上述前案之濕式混合；另一則為乾式混合。前者係利用液體作為介質，以機械力將奈米碳管與基材或其他材料混合；後 者則是在乾燥的狀態下，直接以機械力將奈米碳管與基材或其他材料混合。然無論何者，皆會有無法充分混合均勻之疑慮。

本發明之目的，在於解決習知製作含有碳材料之複合材料的方法中，奈米碳管無法均勻分散之問題。

為達上述目的，本發明提供一種利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法，係製備一含有一碳材料的碳材料分散液，將一基材放置於該碳材料分散液中，使該基材之一表面接觸該碳材料分散液，於該碳材料分散液中提供一高能推力，該高能推力推動該碳材料分散液，使該碳材料進入並均勻地分布於該基材中，而形成一含有該碳材料的複合材料。

由上述可知，藉由提供該高能推力，以推動該碳材料分散液中的該碳材料進入該基材中，而形成含有該碳材料的該複合材料，如以一來，該碳材料得以均勻地分布於該基材中。

10‧‧‧碳材料

20‧‧‧碳材料分散液

30‧‧‧基材

40‧‧‧複合材料

50‧‧‧介面活性劑

60‧‧‧水溶劑

70‧‧‧酸化碳材料

圖1A，為本發明一實施例的步驟示意圖。

圖1B，為本發明一實施例的步驟示意圖。

圖1C，為本發明一實施例的步驟示意圖。

圖2A，為本發明一實施例中該碳材料分散液的示意圖。

圖2B，為本發明一實施例中該碳材料分散液的示意圖。

圖3A，為本發明另一實施例中該碳材料分散液的示意圖。

圖3B，為本發明另一實施例中該碳材料分散液的示意圖。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請搭配參閱『圖1A』、『圖1B』及『圖1C』所示，『圖1A』、『圖1B』及『圖1C』為本發明一實施例的步驟示意圖，如圖所示，本發明為一種利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法，如『圖1A』所示，係先製備一含有一碳材料10的碳材料分散液20，該碳材料10為擇自奈米碳管、石墨烯、富勒烯及奈米帶所組成之群組；接著，如『圖1B』所示，將一基材30放置於該碳材料分散液20中，使該基材30之一表面接觸該碳材料分散液20，該基材30可為金屬、高分子或陶瓷材料，金屬可為鋁、銅、鈦、錫、鋅或鉛，高分子可為聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、尼龍(Nylon)、環氧樹脂(Epoxy)、矽膠或無溶劑塑膠；最後，於該碳材料分散液20中提供一高能推力，該高能推力推動該碳材料分散液20，使該碳材料10得以被推動而進入並均勻地分布於該基材30中，而形成一含有該碳材料10的複合材料40，如『圖1C』所示。

於本發明中，該碳材料10的型態可為分散液，該基材30的型態可為粉末、顆粒、膠體或塊材，且，依照不同的應用需求，於得到該複合材料40後，尚可進行一成型步驟，令該複合材料40形成一成型體，依照材料的選擇和組合，該成型步驟可為燒結、熱均壓、加熱固化、射出成形、熔煉、鑄造、塗佈、網版印刷等等製程，該成型體包括但不限於塊材、薄膜或厚膜。舉例來說，當該碳材料分散液20選擇為奈米碳管分散液，該基材30為上列金屬之一的塊材時，該複合材料40可再進行熔煉製程而得到該成型體；或者，當該碳材料分散液20選擇為石墨烯分散液，該基材30為上列高分子之一的顆粒時，該複合材料40可再進行射出成形製程而得到該成型體。

於本發明中，該高能推力可藉由一化學反應或一爆炸反應等方式所提供，以該爆炸反應為舉例，其可藉由點燃一可燃物質進行一化學作用而產生，該化學作用產生一高能量，該高能量使該碳材料分散液20自該化學反應的中心向外膨脹與移動，進而產生該高能推力推動該碳材料10進入該基材30。

請搭配參閱『圖2A』及『圖2B』所示，為本發明一實施例中該碳材料分散液的示意圖，於一實施例中，該碳材料分散液20可藉由混和該碳材料10、一介面活性劑50以及一水溶劑60而形成，該介面活性劑50使該碳材料10更容易地溶於該水溶劑60中，該介面活性劑50為羧甲基纖維素銨或羧甲基纖維素鈉，其中，該碳材料10於該碳材料分散液20中的重量百分比較佳地介於0.1wt.%至10wt.%之間，該介面活性劑50於該碳材料分散液20中的重量百分比較佳地介於0.01wt.%至10wt.%之間。

於另一實施例中，請搭配參閱『圖3A』及『圖3B』所示，『圖3A』及『圖3B』為本發明另一實施例中該碳材料分散液20的示意圖，如圖所示，該碳材料分散液20可以另一種方式配製而成，係將該碳材料10進行一酸化過程而形成一酸化碳材料70，藉由混和該酸化碳材料70以及該水溶劑60形成該碳材料分散液20，由於該碳材料10進行該酸化過程形成該酸化碳材料70，相較於上述實施例，使其不需該介面活性劑50即可溶於該水溶劑60中，其中，該酸化碳材料70於該碳材料分散液20中的重量百分比介於0.1wt.%至10wt.%之間。

綜上所述，於該碳材料分散液中，藉由提供該高能推力，以推動與該基材之該表面接觸的該碳材料分散液，使該碳材料分散液中的該碳材料得以被推動而進入該基材，進而均勻地分布於該基材中。因此本發明極 具進步性及符合申請發明專利的要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上該者，僅為本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

Claims (9)

1. 一種利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法，係製備一含有一碳材料的碳材料分散液，將一基材放置於該碳材料分散液中，使該基材之一表面接觸該碳材料分散液，於該碳材料分散液中提供一高能推力，其中該高能推力係藉由一化學反應或一爆炸反應所產生，該高能推力推動該碳材料分散液，使該碳材料進入並均勻地分布於該基材中，而形成一含有該碳材料的複合材料，其中該碳材料係擇自奈米碳管、石墨烯、富勒烯及奈米帶所組成之群組。
2. 如申請專利範圍第1項所述之利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法，其中藉由混和該碳材料、一介面活性劑以及一水溶劑形成該碳材料分散液。
3. 如申請專利範圍第1項所述之利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法，其中將該碳材料進行一酸化過程形成一酸化碳材料，藉由混和該酸化碳材料以及一水溶劑形成該碳材料分散液。
4. 如申請專利範圍第2項所述之利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法，其中該介面活性劑為羧甲基纖維素銨或羧甲基纖維素鈉。
5. 如申請專利範圍第1項所述之利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法，其中該基材係擇自鋁、銅、鈦、錫、鋅及鉛所組成之群組。
6. 如申請專利範圍第1項所述之利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法，其中該基材係擇自聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龍、環氧樹脂、矽膠及無溶劑塑膠所組成之群組。
7. 如申請專利範圍第1項所述之利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法，其中該碳材料於該碳材料分散液中的重量百分比介於0.1wt.%至10wt.%之間。
8. 如申請專利範圍第3項所述之利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法，其中該酸化碳材料於該碳材料分散液中的重量百分比介於0.1wt.%至10wt.%之間。
9. 如申請專利範圍第2項所述之利用高能推力製作含有碳材料之複合材料的方法，其中該介面活性劑於該碳材料分散液中的重量百分比介於0.01wt.%至10wt.%之間。