碳纳米管海绵体及其制备方法技术

一种碳纳米管海绵体的制备方法，包括：提供一碳纳米管膜状结构以及一氧化性溶液，该碳纳米管膜状结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管之间通过范德华力相互吸引形成一自支撑结构，所述氧化性溶液由一氧化剂与双氧水配置而成；将所述碳纳米管膜状结构浸泡于所述氧化性溶液中处理，形成一预制体；以及在真空环境下，对所述预制体进行冷冻干燥。本发明专利技术还提供一种通过上述方法制备而成的碳纳米管海绵体。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管海绵体及其制备方法
本专利技术涉及一种碳纳米管海绵体及其制备方法。
技术介绍
从1991年日本科学家饭岛澄男首次发现碳纳米管（CarbonNanotube,CNT）以来，以碳纳米管为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注。近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔应用前景不断显现出来。但是，一般情况下制备得到的碳纳米管为微观结构，其在宏观上为粉末状或颗粒状，不利于碳纳米管的宏观应用。因此，将碳纳米管组装成宏观尺度的结构对于碳纳米管的宏观应用具有重要意义。现有技术中，宏观的碳纳米管结构主要有碳纳米管膜。所述碳纳米管膜为从一碳纳米管阵列中直接拉取获得。所述碳纳米管膜为由多个通过范德华力首尾相连的碳纳米管组成。所述碳纳米管膜具有轻质、多孔、高强度及比表面积大等特性，使其在吸附、过滤等领域具有良好的应用前景。然而，碳纳米管膜的吸附过程一般为物理吸附，吸附性能较弱，故，所述碳纳米管膜的吸附性能有待进一步提高。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种具有较高吸附性能的碳纳米管海绵体及其制备方法。一种碳纳米管海绵体的制备方法，包括：提供一碳纳米管膜状结构以及一氧化性溶液，该碳纳米管膜状结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管之间通过范德华力相互吸引形成一自支撑结构，所述氧化性溶液由一氧化剂与双氧水配置而成，所述氧化剂用于氧化所述多个碳纳米管并在其表面形成多个官能团；将所述碳纳米管膜状结构浸泡于所述氧化性溶液中处理，形成一预制体；以及在真空环境下，对所述预制体进行冷冻干燥。一种碳纳米管海绵体，包括：多个碳纳米管以及形成于所述碳纳米管表面且均匀分布的多个羧基和多个羟基，该多个碳纳米管之间通过范德华力相互吸引形成一自支撑结构，相邻的碳纳米管之间形成多个微孔，其中，所述羧基的质量百分含量为10-20%，所述羟基的质量百分含量为5-15%，且所述微孔的直径大于100微米。与现有技术相较，本专利技术中的所述碳纳米管海绵体具有多个亲水性的官能团，故，该碳纳米管海绵体具有良好的吸附性能，可以广泛应用于干燥剂等领域。另外，由于碳纳米管结构具有自支撑性能，故，该碳纳米管海绵体具有较强的机械性能，且为一宏观的薄膜结构，故，可以方便的应用于各种领域。最后，本专利技术中的所述碳纳米管海绵体的制备方法，通过将所述碳纳米管膜状结构浸泡于氧化剂与双氧水形成的氧化性溶剂中，从而可以获得疏松、多孔的碳纳米管海绵体结构；此外，通过真空冷冻干燥从而可以防止碳纳米管海绵体坍塌。附图说明图1为本专利技术实施例提供的制备所述碳纳米管海绵体的方法流程图。图2为本专利技术实施例提供的制备所述碳纳米管海绵体的方法中所采用的碳纳米管拉膜的SEM照片。图3为本专利技术实施例提供的制备所述碳纳米管海绵体的方法中所采用的碳纳米管拉膜的显微镜照片。图4为本专利技术实施例提供的制备所述碳纳米管海绵体的方法中所采用的碳纳米管碾压膜的SEM照片。图5为本专利技术实施例提供的制备所述碳纳米管海绵体的方法中所采用的碳纳米管絮化膜的SEM照片。图6为本专利技术实施例提供的所述碳纳米管海绵体的照片。图7为本专利技术实施例提供的所述碳纳米管海绵体的显微镜照片。主要元件符号说明无如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式请参照图1，本专利技术实施例提供一种碳纳米管海绵体的制备方法，包括以下步骤：（S10），提供一碳纳米管膜状结构以及一氧化性溶液，该碳纳米管膜状结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管之间通过范德华力相互吸引形成一自支撑结构，所述氧化性溶液由一氧化剂与双氧水配置而成；(S11)，将所述碳纳米管膜状结构浸泡于所述氧化性溶液中处理，形成一预制体；以及（S12），在真空环境下，对所述预制体进行冷冻干燥。步骤S10，提供一碳纳米管膜状结构以及一氧化性溶液。所述碳纳米管膜状结构为一自支撑结构。所述自支撑为所述碳纳米管膜状结构不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜状结构置于（或固定于）间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜状结构能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管膜状结构中存在通过范德华力相互吸引的碳纳米管而实现。所述碳纳米管膜状结构由多个碳纳米管组成，该多个碳纳米管之间通过范德华力紧密连接。该多个碳纳米管无序或有序排列。所谓无序排列是指碳纳米管的排列方向无规则。所谓有序排列是指碳纳米管的排列方向有规则。所述碳纳米管膜状结构的厚度不限。所述碳纳米管膜状结构具有多个微孔，所述微孔的直径小于10微米。所述碳纳米管膜状结构可以为多层层叠设置的碳纳米管拉膜。请参见图2-3，所述单一的碳纳米管拉膜是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管基本沿同一方向择优取向排列，所述择优取向排列是指在碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管拉膜的表面。进一步地，所述碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管拉膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管拉膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述自支撑为碳纳米管拉膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管拉膜置于（或固定于）间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管拉膜能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管拉膜中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。具体地，所述碳纳米管拉膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管拉膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。具体地，所述碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该碳纳米管拉膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。此外，由于该碳纳米管拉膜具有较大的比表面积，因此，该碳纳米管拉膜具有较大的粘性。可以理解，由于所述碳纳米管膜状结构中包括多层层叠设置的碳纳米管拉膜，且每层碳纳米管拉膜中的碳纳米管沿一个方向择优取向排列，因此，相邻两层碳纳米管拉膜中的碳纳米管间具有一交叉角度α，0°≤α≤90°。该碳纳米管膜状结构中碳纳米管拉膜的层数不限，优选为100层以上。本实施例中，所述碳纳米管膜状结构由150层层叠设置的碳纳米管拉膜组成，且碳纳米管膜状结构中的碳纳米管的基本沿同一方向延伸。可以理解，所述碳纳米管膜状结构也可以选碳纳米管碾压膜或碳纳米管絮化膜。所述碳纳米管碾压膜包括均匀分布的碳纳米管，该碳纳米管无序、沿同一方向或不同方向择优取向排列。请参见图4，优选地，所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管基本沿同一方向延伸且平行于该碳纳米管碾压膜的表面。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管海绵体的制备方法，包括：提供一碳纳米管膜状结构，该碳纳米管膜状结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管之间通过范德华力相互吸引形成一自支撑结构；提供一氧化性溶液，所述氧化性溶液由一氧化剂与双氧水配置而成；将所述碳纳米管膜状结构浸泡于所述氧化性溶液中处理，形成一预制体；以及在真空环境下，对所述预制体进行冷冻干燥。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管海绵体的制备方法，包括：提供一碳纳米管膜状结构，该碳纳米管膜状结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管之间通过范德华力相互吸引形成一自支撑结构；提供一氧化性溶液，所述氧化性溶液由一氧化剂与双氧水配置而成；将所述碳纳米管膜状结构浸泡于所述氧化性溶液中处理，形成一预制体；以及在真空环境下，对所述预制体进行冷冻干燥。2.如权利要求1所述的碳纳米管海绵体的制备方法，其特征在于，所述氧化剂选自硝酸、浓硫酸、次氯酸、氯酸、亚氯酸、高氯酸、亚硝酸、高锰酸钾以及重铬酸钾。3.如权利要求2所述的碳纳米管海绵体的制备方法，其特征在于，所述氧化性溶液由浓度为98％的浓硫酸与浓度为30％的双氧水配置而成，且双氧水与浓硫酸的体积比在1：2到1：5之间。4.如权利要求3所述的碳纳米管海绵体的制备方法，其特征在于，将所述碳纳米管膜状结构浸泡于所述氧化性溶液中处理3天以上。5.如权利要求1所述的碳纳米管海绵体的制备方法，其特征在于，在所述对预制体进行冷冻干燥的步骤之前，进一步包括使用去离子水洗涤所述预制体。6.如权利要求1所述的碳纳米管海绵体的制备方法，其特征在于，所述对预制体进行冷冻干燥的步骤包括：将所述预制体放入冷冻干燥机中急冷至-40℃以下，并保温1-5小时；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梦雅，吴扬，罗姝，王佳平，姜开利，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11