表面復合碳納米材料及其制備方法和應用
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及納米材料技術(shù)領域，特別是設及一種表面復合碳納米材料及其制備方 法和應用。
【背景技術(shù)】
[0002] W碳納米管、碳納米纖維、石墨締和碳納米角為代表碳納米材料具有優(yōu)異導電、導 熱性能。它們抗張強度能達到鋼的100倍，硬度與金剛石相當，卻擁有良好的柔初性。它們 化學性質(zhì)穩(wěn)定，可作為阻燃材料。具備該些優(yōu)良的性質(zhì)同時，它的密度只有鋼的1/6。正因 為如此，碳納米材料愈發(fā)受到人們關注，正愈發(fā)廣泛的應用于生活的各個領域。碳納米材料 的應用通常是W復合材料的方式應用的。而表面復合，是制備碳納米復合材料的一種方式， 正逐漸占據(jù)重要地位。因為通常物理和化學反應的是發(fā)生在表面，在材料的許多應用領域 都是應用材料的表面性質(zhì)。
[0003] 在一些領域碳納米材料的表面復合通常比體復合更為經(jīng)濟，相對于體復合方式， 表面復合方式需要消耗更少的碳納米材料，工藝過程通常消耗的能量也更少。目前，采用表 面復合碳納米材料的方式主要采用加粘合劑粘合、自組裝、預制自支撐結(jié)構(gòu)的方式。例如發(fā) 明專利CN102741165A公開了一種將石墨締和粘合劑混合涂覆在塑料制品表面而獲得石墨 締復合材料的方法。此種方式需要引入額外的粘合劑物質(zhì)，影響復合材料的最終性能，并且 通過粘合劑粘合還存在脫落的問題。發(fā)明專利CN102463715A報道了一種微波加熱的表面 復合方式，但其需要預先制備一碳納米管結(jié)構(gòu)，工藝較為復雜，適用材料有限，批量化制造 較為麻煩。發(fā)明專利CN103073192A公開了采用水玻璃混合CNT/CNF漿料涂布在玻璃表面， 經(jīng)過打磨，濕法刻蝕，成功將CNT/CNF植入玻璃表面。發(fā)明專利CN102584334A公開了一種 采用自組裝的方式在娃表面制備一層石墨締復合薄膜，此方式需要經(jīng)過較為復雜的表面處 理過程。而發(fā)明專利CN101012106A則公開了一種在玻璃表面自組裝制備碳納米管復合膜 的方法，同樣有一個較為復雜和表面改性過程。發(fā)明專利CN103333621A公開了一種通過通 電加熱碳納米紙的方式使其與熱烙性基材復合而制得復合材料的方法，碳納米紙就是用碳 納米材料制成的紙，此同樣需要先將碳納米粉末狀材料先預制成一結(jié)構(gòu)一一碳納米紙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于此，本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡便，便于批量化制造的表面復合碳納米 材料的方法。
[0005] 具體的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種表面復合碳納米材料的制備方法，包括如下步驟：
[0007] A.將碳納米材料鋪設于一面板上；
[0008] B.所述面板對所述碳納米材料進行加熱，使所述碳納米材料保持一定溫度；
[0009] C.至少一熱烙性基材表面與所述碳納米材料接觸，并施加一定壓力；
[0010] D.所述熱烙性基材表面脫離所述面板。
[0011] 在其中一個實施例中，所述碳納米材料為粉末狀，且選自碳納米管（直 徑1-lOOnm)、碳納米纖維（100-300nm)、石墨締（厚度0. 335nm-5nm)和碳納米角 (60nm-100nm)中的一種或者幾種混合。
[0012] 在其中一個實施例中，所述面板的形狀為平面或曲面，且能提供熱源。
[0013] 在其中一個實施例中，B步驟中，所述溫度為等于或大于熱烙性基材的烙點或者軟 化點。
[0014] 在其中一個實施例中，C步驟中，所述壓力的范圍為100Pa-20MPa。
[0015] 在其中一個實施例中，所述熱烙性基材材質(zhì)為熱塑性塑料（可選自：聚四氣己締、 聚丙締、聚碳酸醋、PMMA、巧龍、聚己締、聚酷胺）、玻璃或金屬（金屬可選自侶）。
[0016] 在其中一個實施例中，所述熱烙性基材的形狀為片狀或塊體狀。
[0017] 在其中一個實施例中，該表面復合碳納米材料的制備方法的實施環(huán)境為大氣環(huán)境 或者真空環(huán)境或者惰性氣體環(huán)境。
[0018] 本發(fā)明的另一目的是提供一種表面復合碳納米材料。
[0019] 具體的技術(shù)方案如下：
[0020] 上述方法制備得到的表面復合碳納米材料。
[0021] 本發(fā)明的另一目的是提供一種上述表面復合碳納米材料的應用。
[0022] 具體的技術(shù)方案如下：
[0023] 上述表面復合碳納米材料在電極、阻燃材料、耐磨損材料、電磁屏蔽與吸收材料中 的應用。
[0024] 本發(fā)明的有益效果如下；
[0025] 本發(fā)明公開的一種表面復合碳納米材料的制備方法的原理是；先將需要復合的碳 納米材料加熱到合適溫度，然后將基材表面快速接觸碳納米材料，并適當加壓，基材接觸到 高溫的碳納米材料，在接觸處發(fā)生烙化或軟化，在壓力的作用下，碳納米材料和基材烙合， 脫離降溫后，即獲得碳納米表面復合材料。
[0026] 本發(fā)明提供的表面復合碳納米材料的方法，工藝簡便，無需增加前面的預制步驟， 無需粘合劑，可適用于熱塑性塑料、玻璃、金屬材質(zhì)的表面復合，便于批量化。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明中表面復合碳納米材料的制備方法步驟流程圖；
[002引圖2為本發(fā)明中一實施例表面復合碳納米材料的制備方法示意圖（1、加熱面板； 2、鋪設的碳納米材料；3、熱烙性基材）；
[0029] 圖3為本發(fā)明中一實施例采用連續(xù)方式的表面復合碳納米材料的方式示意圖（圖 中；1、加熱面板；2、碳納米材料連續(xù)加料口；3、熱烙性基材；4、加壓漉）；
[0030] 圖4為實施例2制備得到表面復合碳納米材料應用于光化學電池電極，在AM1. 5 模擬光下測量電池光電性能圖；
[0031] 圖5為實施例3電解實驗測試結(jié)果圖；
[003引圖6為實施例4制備得到的表面復合碳納米材料在2-18GHZ波段吸波性能曲線 圖；
[0033] 圖7為實施例5制備得到的表面復合碳納米材料的電磁屏蔽效能曲線圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明一種表面復合碳納米材料的方法作進一步的說 明。
[0035] 本發(fā)明公開一種表面復合碳納米材料的方法（步驟流程圖如圖1所示），所述表面 復合碳納米材料的方法，包括：
[0036] A.將碳納米材料至少鋪設于一面板上；
[0037] B.所述面板對所述碳納米材料進行加熱，使所述碳納米材料保持一定溫度；
[003引C.至少一熱烙性基材表面與所述碳納米材料接觸，并施加一定壓力；
[0039] D.所述熱烙性基材表面脫離所述面板。
[0040] 所述碳納米材料宏觀為粉末狀，具體為碳納米管、碳納米纖維、石墨締和碳納米角 中的一種或者混合。
[0041] 所述面板為能提供熱源的平面或曲面。
[0042] 所述B步驟中，溫度為等于或大于熱烙性基材烙點或者軟化溫度。
[0043] 所述熱烙性基材材質(zhì)為熱塑性塑料、玻璃、金屬。
[0044] 所述熱烙性基材性狀為片狀或塊體狀。
[0045] 所述表面復合碳納米材料的方法的實施環(huán)境為大氣環(huán)境或者真空環(huán)境或者惰性 氣體環(huán)境。
[0046] 所述表面復合碳納米材料的方法制備的復合材料可應用于電極、阻燃材料、耐磨 損材料、電磁屏蔽與吸收。
[0047] 本發(fā)明公開的一種表面復合碳納米材料的方法的原理是：先將需要復合的碳納米 材料加熱到合適溫度，然后將基材表面快速接觸碳納米材料，并適當加壓，基材接觸到高溫 的碳納米材料，在接觸處發(fā)生烙化或軟化，在壓力的作用下，碳納米材料和基材烙合，脫離 降溫后，即獲得碳納米表面復合材料。
[004引實施例1
[0049] 本實施例一種表面復合碳納米材料的方法，包括如下步驟（如圖2所示）：
[0化0]A.在氮氣保護下，將碳納米管（碳納米管的尺寸為直徑為5-30nm)均勻鋪設于加 熱面板上；
[0化1]B.所述面板對所述碳納米管進行加熱，使碳納米管溫度保持在660°C;
[0化2]C.將侶錠一平面迅速接觸在碳納米管上，施加20MPa的壓力，保持Is;
[0化3] D.侶錠脫離加熱面板，冷卻，即在侶錠一表面復合了一層碳納米管（碳納米管層 的滲透厚度為600ym)。
[0054] 該表面復合碳納米材料可應用于導電耐磨滑塊。
[0055] 將上述方法制備得到的表面復合碳納米材料（復合有一層碳納米管的侶錠）制成 直徑為30mm，厚度為3mm的圓盤形試樣，其中一面為碳納米滲透層。將此試樣安置于球盤式 摩擦磨損試驗儀上進行實驗，含有碳納米滲透層的為實驗面，載荷為1N，采用稱重法測量磨 損率。結(jié)果如下表所示；
[0化6]
【主權(quán)項】
1. 一種表面復合碳納米材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： A. 將碳納米材料鋪設于一面板上； B. 所述面板對所述碳納米材料進行加熱，使所述碳納米材料保持一定溫度； C. 至少一熱恪性基材表面與所述碳納米材料接觸，并施加一定壓力； D. 所述熱熔性基材表面脫離所述面板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面復合碳納米材料的制備方法，其特征在于，所述碳納米 材料為粉末狀，且選自碳納米管、碳納米纖維、石墨烯和碳納米角中的一種或者幾種混合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面復合碳納米材料的制備方法，其特征在于，所述面板的 形狀為平面或曲面，且能提供熱源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面復合碳納米材料的制備方法，其特征在于，B步驟中，所 述溫度為等于或大于熱熔性基材的熔點或者軟化點。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面復合碳納米材料的制備方法，其特征在于，C步驟中，所 述壓力的范圍為IOOPa~20MPa。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面復合碳納米材料的制備方法，其特征在于，所述熱熔性 基材材質(zhì)為熱塑性塑料、玻璃或金屬。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面復合碳納米材料的制備方法，其特征在于，所述熱熔性 基材的形狀為片狀或塊體狀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面復合碳納米材料的制備方法，其特征在于，該表面復合 碳納米材料的制備方法的實施環(huán)境為大氣環(huán)境或者真空環(huán)境或者惰性氣體環(huán)境。
9. 權(quán)利要求1-8任一項制備方法制備得到的表面復合碳納米材料。
10. 權(quán)利要求9所述的表面復合碳納米材料在電極、阻燃材料、耐磨損材料、電磁屏蔽 與吸收材料中的應用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表面復合碳納米材料的方法。先將需要復合的碳納米材料加熱到合適溫度，然后將基材表面快速接觸碳納米材料，并適當加壓，基材接觸到高溫的碳納米材料，在接觸處發(fā)生熔化或軟化，在壓力的作用下，碳納米材料和基材熔合，脫離降溫后，即獲得碳納米表面復合材料。本發(fā)明方法工藝簡便，可適用于熱塑性塑料、玻璃、金屬材質(zhì)的表面復合，便于批量化。
【IPC分類】C08L27-18, C08L23-12, C03C17-23, C08L69-00, C23C24-10, C08J7-06
【公開號】CN104725655
【申請?zhí)枴緾N201510151535
【發(fā)明人】肖輝, 劉鑄
【申請人】昆明納太能源科技有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月1日
【公告號】CN103991266A