一种碳纳米纤维纸及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米纤维纸及其制备方法，本发明专利技术的碳纳米纤维纸由碳纳米纤维之间依靠分子范德华力以及碳纳米纤维之间的交联作用相结合而成，所述碳纳米纤维包括多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、实心碳纳米纤维或活性炭纤维中的一种或几种。本发明专利技术的碳纳米纤维纸的制备过程包括分散、过滤、烘烤、辊压。本发明专利技术制备过程无需分散剂，不需对碳管和碳纤维进行功能化处理。本发明专利技术所制备的碳纳米纤维纸具有比表面积大，导电性好和透气性高的特点，材料可循环利用，无浪费，并且由于其工艺的简单化比较容易实现规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，本专利技术的碳纳米纤维纸由碳纳米纤维之间依靠分子范德华力以及碳纳米纤维之间的交联作用相结合而成，所述碳纳米纤维包括多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、实心碳纳米纤维或活性炭纤维中的一种或几种。本专利技术的碳纳米纤维纸的制备过程包括分散、过滤、烘烤、辊压。本专利技术制备过程无需分散剂，不需对碳管和碳纤维进行功能化处理。本专利技术所制备的碳纳米纤维纸具有比表面积大，导电性好和透气性高的特点，材料可循环利用，无浪费，并且由于其工艺的简单化比较容易实现规模化生产。【专利说明】
本专利技术涉及碳纳米材料
，尤其涉及。
技术介绍
CNTs又称巴基管，属于一种具有特殊结构(径向尺寸为2-20nm级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口)的一维量子材料，主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。CNTs按石墨烯片层数可分为单壁CNTs和多壁CNTs。碳纳米管的制备方法主要有三种:1，电弧放电法，可以在石墨材料中加入催化剂填充物，通过电弧放电的方法，反应区温度可达3000-4000°，以此制备碳纳米管；2，激光蒸发法，在惰性气体保护条件下，利用激光的高能量使石墨蒸发从而制备碳纳米管；3，化学气相沉积法，一般都称CVD法，该方法材料来源广泛，条件比较宽松，适合规模化生产。 碳纳米管拥有极高的长径比结构，具有良好的导电性，力学性能优异，比表面积大，拥有较大的应用前景:专利举例.例如，1997年Nature杂志报道了碳纳米管作储氢材料的研宄，美国专利US2005118091及中国专利CN1398782日本专利JP2001146408都公开了碳纳米管储氢的不同方法；2012年，J.Power Sources杂志报导了将4nm厚的Mn02包覆于实心碳纳米纤维，配合硫酸钠电解质制成了高性能超级电容器；2010年，Nature杂志报导了利用碳纳米管作锂电池阳极将电化学电容和法拉第反应电池结合，获得了高性能的锂电池，中国专利CNlO 1346834公开一种碳纳米管表面包裹纳米级娃颗粒用于锂电池负极；中国专利CN1538543A公开了一种铜修饰碳纳米管用于锂离子电池负极；中国专利CN1161182C公开了一种碳纳米管负载铂催化剂应用于燃料电池的方法；2012年Composites杂志报道了利用碳纳米纤维制成复合纸用于防雷击；中国专利CN1564296A利用粉末冶金工艺制备碳纳米管场发射冷阴极。总而言之，碳纳米纤维在储氢材料、高性能锂电池、超级电容器、燃料电池电极、电磁屏蔽材料、场发射材料上有良好的应用前景。 碳纳米管的优良性能多表现在微观领域，而一旦扩大到宏观领域，将会使碳纳米管的材料优势产生很大的影响，分散的碳纳米管也很难实现实际的应用。较好解决办法是通过一定的技术手段将碳纳米管制备成有效的宏观材料，同时不失碳纳米管的微观性能。碳纳米纤维纸是可应用性相对较多的一种材料，其制备技术多种多样:基底直接成膜，溶液过滤成膜，丝网印刷成膜，层层组装成膜，电泳法成膜。由于碳纳米管的纳米级尺寸以及特殊的长径结构，其分散十分困难，而且由于碳纳米管的长度范围广泛，在其实际使用中会遇到很多不同情况，如较短长度的碳纳米管对过滤膜的要求相对更高一些。因此碳纳米纤维纸的制备目前一直无法实现大规模生产。同类材料中的碳纤维制备膜材目前已经有规模化的生产，但是其膜材的厚度相对较大，最小的都要几百微米。与之相比，碳纳米纤维纸厚度小并且导电性远远超出碳纤维膜。此外，中国专利CN103015256A公开了一种制备碳纳米纤维纸的方法，但是需要对碳纳米纤维进行预先表面修饰，引入官能团。这样一方面增加成本，另一方面碳纳米分子容易产生极化，使导电性受影响，从而降低碳纳米纤维的性能。目前国内以及国际上都没有合适的批量制备碳纳米纤维纸而不用进行表面预处理的方法。如何做到低成本情况下实现碳纳米纤维纸的规模化生产是长时间以来的一个难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种成本低、工序少、纯度高、方便转移并且适宜大规模生产的碳纳米纤维纸及其制备方法；碳纳米纤维之间相互交联，彼此缠结，结构相对疏松，因此碳纳米纤维纸比表面积大、导电性好。 为解决上述技术问题，本专利技术提供一种碳纳米纤维纸，由碳纳米纤维之间依靠分子范德华力以及碳纳米纤维之间的交联作用相结合而成，所述碳纳米纤维包括多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、实心碳纳米纤维或活性炭纤维中的一种或几种。 所述碳纳米纤维纸中添加有粘结剂，所述粘结剂选自丁二烯与苯乙烯的聚合物(SBR)、丙烯晴多元共聚物(LA133)、醋酸乙烯树脂、丙烯酸树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、氯化橡胶的一种。 一种所述碳纳米纤维纸的制备方法，包括分散、均化、过滤、烘烤、压片工序，具体包括: A、分散:将所述碳纳米纤维以一定的浓度在醇类溶剂中进行超声分散，所述一定的浓度为碳纳米纤维质量(mg)与醇类溶剂体积(ml)的比例为0.01mg/ml-0.5mg/ml ； B、均化:通过高速的搅拌作用使制备的碳纳米纤维分散液达到均匀化；均化可保证成膜过程中碳纳米管分子间的均匀结合，使制备的碳纳米纤维纸表面光滑。因此碳纳米纤维纸在厚度上具有很高的一致性。基底材料的高平整度和碳纳米纤维在过滤过程中的自组装作用，共同促进了碳纳米纤维纸的均匀性。 C、过滤:将均匀化的碳纳米纤维分散液置于相应的过滤装置中进行过滤； D、烘烤:通过烘烤将溶剂成分去除； E、压片:调节不同的压力进行辊压。 优化的，在均化过程中，添加粘结剂增加力学特性，所述粘结剂选自丁二烯与苯乙烯的聚合物(SBR)、丙烯晴多元共聚物(LA133)、醋酸乙烯树脂、丙烯酸树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、氯化橡胶中的一种，粘结剂添加前应稀释均匀。 所述粘结剂的质量与所述碳纳米纤维的质量比为I % — 50 %。 优选的，所述醇类溶剂为异丙醇、无水乙醇、正丁醇，或者以上三种醇类溶剂中的一种与去离子水中的混合溶剂。 所述混合溶剂中醇类溶剂与去离子水的体积比不小于1:1。 所述过滤的状态是真空过滤，其特点是成膜速度快。 烘烤条件选择常温常压自然挥发，或者常压高温烘烤45-120°C，或者低压快速烘烤，-0.085MPa，40-200°C。碳纳米纤维纸可方便的从基底转移，转移后的碳纳米纤维纸完整性不受影响。 本专利技术的原理是:碳纳米纤维在醇类溶剂中，通过超声分散的作用，使碳纳米纤维乃至分子之间在溶液中实现整体的分散状态，之后的均化过程使这种整体分散状态更均匀，之后在过滤过程中碳纳米纤维及分子会形成自组装效果，其结合力主要表现为分子范德华力和长径分子之间的交联作用。 本专利技术属非化学工艺类型专利技术，碳纳米纤维之间的结合主要靠分子范德华力以及长径分子特有的交联作用来获得宏观上的力学特性。制备的碳纳米纤维纸拥有碳纳米纤维的自身性质，且具有明显的疏水性，可用作防水性功能导电膜，同时所制备的碳纳米纤维纸可经高强度辊压获得高的压实密度。 本专利技术不使用分散剂，不引入新的官能团，从而充分保证了碳纳米管的自身特性，分子不产生极化，导电性不受影响，PH值呈中性。 本专利技术制备的碳纳米纤维纸不引入额外的官能团，具有很高的清洁度，过滤后的碳纳米纤维可做到零流失，溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米纤维纸，其特征是，由碳纳米纤维之间依靠分子范德华力以及碳纳米纤维之间的交联作用相结合而成，所述碳纳米纤维包括多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、实心碳纳米纤维或活性炭纤维中的一种或几种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李贝，解明，
申请(专利权)人：武汉艾特米克超能新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42