一种碳纳米管电磁屏蔽纸的制备方法技术

本发明专利技术属于碳纳米材料领域，特别涉及一种碳纳米管电磁屏蔽纸的制备方法。通过合理配比配制MFC/多壁碳纳米管的混合溶液，经超声分散、悬浮液过滤法制得。本发明专利技术针对现有技术中碳纳米纸力学性能不佳、工艺复杂的问题，对碳纳米纸的制作工艺进行改进，通过添加合理比例MFC和分散剂，采用适宜的工艺条件，得到同时具有良好的电磁屏蔽性能、电学性能和优异力学性能碳纳米管电磁屏蔽纸。本发明专利技术工艺简单、成本低，实现生产规模化。

Preparation method of carbon nanotube electromagnetic shielding paper

The invention belongs to the field of carbon nanometer materials, in particular to a preparation method of carbon nanotube electromagnetic shielding paper. The mixed solution of MFC/ multi walled carbon nanotubes was prepared by reasonable ratio, and the method was obtained by ultrasonic dispersion and suspension filtration. According to the invention of mechanical carbon nanopaper in existing technology, poor performance, the problem of complicated process, the production process of carbon nanopaper was improved by adding a reasonable proportion of MFC and dispersant, under suitable technological conditions, and has good electromagnetic shielding properties, electrical properties and excellent mechanical properties of carbon nanotube electromagnetic shielding paper. The invention has the advantages of simple process, low cost and large scale production.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管电磁屏蔽纸的制备方法
本专利技术属于碳纳米材料领域，特别涉及一种碳纳米管电磁屏蔽纸的制备方法。
技术介绍
碳纳米纸由于具有轻质、柔性、导电、导热及巨大比表面积的特点，在制动器、传感器、电容器等领域有广阔的应用前景。碳纳米纸主要分成三类：一、用碳纳米管(单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管)作为原材料制造而成的碳纳米纸；二、用纳米碳纤维作为原材料制造而成的纳米碳纤维纸；三、用石墨/石墨烯以及其衍生物、氧化物等等作为原材料制造而成的石墨基碳纳米纸。由碳纳米管(CNTs)作为原料的碳纳米纸(BP)是通过管与管间的范德华力缠绕在一起，构成的碳纳米薄层，其克服了碳纳米管易团聚的缺点，具有诸多优点，如具有一定的韧性，厚度可调，比表面积大，具有加工性，可作为复合材料的填充体等。同时但由于碳纳米纸只依靠碳纳米管间范德华力聚集起来，抗拉强度和断裂伸长率都很低，力学性能差，难以独立应用。因此，必须增强碳纳米纸的力学性能。碳纳米管本身具有较高的长径比，管间具有很强的范德华吸引力，其一般呈束状缠绕及团聚状态，分散性不好，制约着碳纳米管的应用。现有技术中通常采用化学改性的方法改善碳纳米管的分散性，但是碳纳米管几乎不溶于水及有机溶剂，采用化学改性的方法并不能解决实质问题。由于碳纳米管的尺寸在纳米级，通常以束状或缠结状聚集的形式团聚在一起，因此制备碳纳米纸的关键是将这些团聚在一起的碳纳米管用非化学方法在溶剂中分散开，从而不降低导电性。微纤化纤维素(microfibrillatedcellulose，简写MFC)是一种新型的纳米级功能材料，属于纳米纤维材料。MFC具有精细的三维网状结构，具有高强度，高模量，良好的力学性能，大的比表面积，重量轻等优点，具有优异的增强性能。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中碳纳米纸性能不佳的问题，提供了一种同时具有良好力学性能和电磁屏蔽性能的碳纳米管电磁屏蔽纸。为解决该技术问题，本专利技术采用以下技术方案。一种碳纳米管电磁屏蔽纸的制备方法，包括以下步骤：S1.称量多壁碳纳米管放入研钵中，加入适量的乙醇作为溶剂，研磨直至没有明显的颗粒状多壁碳纳米管；S2.将研磨好的多壁碳纳米管转移到烧杯当中，加入乙醇将多壁碳纳米管配制成0.1～1g/L的溶液，再加入分散剂和MFC制成混合溶液；其中MFC与多壁碳纳米管的质量比为1:10～1:1，分散剂的加入量为乙醇体积的0.1～1.5％；S3.将多壁碳纳米管/MFC混合溶液放入到超声分散机器中，使混合溶液在乙醇中充分分散；S4.将分散好的混合溶液用真空抽滤法制备碳纳米管电磁屏蔽纸。优选的，所述的分散剂为聚乙二醇辛基苯基醚。专利技术人经反复多次实验，多壁碳纳米管优选尺寸为：长度5～50μm，直径2～30nm。作为一个优选的实施例每100mg多壁碳纳米管加入200ml乙醇，分散剂的加入量占乙醇体积的1％，可以得到最佳性能的碳纳米管电磁屏蔽纸。本专利技术采用真空抽滤法，即采用布氏漏斗抽滤的方法制备碳纳米管电磁屏蔽纸，这种方法是通过超声分散碳纳米管悬浮液，抽滤碳纳米管悬浮液和干燥成型等过程来制备碳纳米管电磁屏蔽纸。该方法设备简单，相比于催化化学气相沉积法，在常温的条件下就可以操作制备出碳纸，不需要高温真空的设备，大大降低了生产成本。但是采用真空抽滤法制备的碳纳米管电磁屏蔽纸性能往往差异较大，主要决定于以下几点：碳纳米管种类与结构，碳纳米管悬浮液的分散性与稳定性，分散剂用量与种类等。这些因素直接影响碳纳米管电磁屏蔽纸的性能。为获得分散良好的碳纳米管溶液，将多壁碳纳米管溶于乙醇，加入分散剂聚乙二醇辛基苯基醚和MFC配制成溶液。随着MFC含量升高，碳纳米管电磁屏蔽纸的力学性能提高，但导电率和电磁屏蔽性能下降，为保证碳纳米纸的电磁屏蔽性能不受太大影响，MFC和多壁碳纳米管添加的比例关系是关键，经反复试验，当两者比例为1:1时，可以获得力学性能好且具有电磁屏蔽性能的的碳纳米纸。碳纳米纸的厚度可以通过滤液的体积控制，还可以在分散时加入其它功能性材料制备成具有特殊功能的碳纳米纸。有益效果：本专利技术针对现有技术中碳纳米纸力学性能不佳、工艺复杂的问题，对碳纳米纸的制作工艺进行改进，通过添加合理比例MFC和分散剂，采用适宜的工艺条件，得到同时具有良好的电磁屏蔽性能、电学性能和优异力学性能碳纳米管电磁屏蔽纸。本专利技术工艺简单、成本低，有利于实现生产规模化。附图说明图1为实验原料MFC的微观结构；图2为不同MFC/MWCNT配比制成碳纳米纸的扫描电子显微镜图像，其中(a)为纯的MWCNT制成的碳纳米纸；(b)为MFC/MWCNT＝1/5的碳纳米纸；(c)为MFC/MWCNT＝1/1的碳纳米纸；图3为添加不同MFC含量制成的碳纳米纸的应力应变曲线；图4为添加不同MFC含量制成的碳纳米纸的电磁屏蔽性能。具体实施方式下面通过附图和具体实施例详述本专利技术，但不限制本专利技术的保护范围。如无特殊说明，本专利技术所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从化学公司购买。制备方法中涉及的研磨可采用手工研磨或机械研磨任一种方式实现，下述实施例中均采用手工研磨。本专利技术附图和表格中涉及到pure-BP代表用纯的MWCNT制成的碳纳米纸(MFC添加量为0)；BP-A代表质量比MFC/MWCNT＝1/10的碳纳米纸；BP-B代表质量比MFC/MWCNT＝1/5的碳纳米纸；BP-C代表质量比MFC/MWCNT＝1/2的碳纳米纸；BP-D代表质量比MFC/MWCNT＝1/1的碳纳米纸。实施例1S1.称量100mg多壁碳纳米管，放入研钵中，加入适量的乙醇作为溶剂，手工研磨20～30min左右，直至没有明显的颗粒状多壁碳纳米管。S2.将研磨好的多壁碳纳米管转移到烧杯当中，加入200mL乙醇，2mL的分散剂聚乙二醇辛基苯基醚和100mgMFC，将多壁碳纳米管配制成0.5g/L的混合溶液。S3.将多壁碳纳米管/MFC混合溶液放入到超声分散机器中超声分散1h(有效时间为30min)，使混合溶液在乙醇中充分分散。S4.将分散好的混合溶液用循环水式真空泵连接布氏漏斗抽滤，将抽滤好的滤纸取出，烘干后将碳纳米纸从滤纸上揭下使之分离。将揭下来的碳纳米纸用大量去离子水清洗，尽量冲洗去分散剂聚乙二醇辛基苯基醚，然后放在烘箱中干燥，制得具有良好力学性能的碳纳米管电磁屏蔽纸BP-D(MFC/MWCNT＝1/1)。实施例2S1.称量100mg多壁碳纳米管，放入研钵中，加入适量的乙醇作为溶剂，手工研磨20～30min左右，直至没有明显的颗粒状碳纳米管。S2.将研磨好的多壁碳纳米管转移到烧杯当中，加入200mL乙醇，2mL的分散剂(聚乙二醇辛基苯基醚)，50mgMFC，将多壁碳纳米管配制成0.5g/L的溶液。S3.将多壁碳纳米管放入到超声分散机器中超声分散1h(有效时间为30min)，使碳纳米管在乙醇中充分分散。S4.将分散好的多壁碳纳米管用循环水式真空泵连接布氏漏斗抽滤。将抽滤好的滤纸取出，烘干后将碳纳米纸从滤纸上揭下使之分离。将揭下来的碳纳米纸用大量去离子水清洗，尽量冲洗去分散剂聚乙二醇辛基苯基醚，然后放在烘箱中干燥，制得具有良好力学性能的碳纳米管电磁屏蔽纸制成BP-C(MFC/MWCNT＝1/2)碳纳米纸。实施例3S1.称量100mg多壁碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管电磁屏蔽纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.称量多壁碳纳米管放入研钵中，加入适量的乙醇作为溶剂，研磨直至没有明显的颗粒状多壁碳纳米管；S2.将研磨好的多壁碳纳米管转移到烧杯当中，加入乙醇将多壁碳纳米管配制成0.1～1g/L的溶液，再加入分散剂和MFC制成混合溶液；其中MFC与多壁碳纳米管的质量比为1:10～1:1，分散剂的加入量为乙醇体积的0.1～1.5％；S3.将多壁碳纳米管/MFC混合溶液放入到超声分散机器中，使混合溶液在乙醇中充分分散；S4.将分散好的混合溶液用真空抽滤法制备碳纳米管电磁屏蔽纸。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管电磁屏蔽纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.称量多壁碳纳米管放入研钵中，加入适量的乙醇作为溶剂，研磨直至没有明显的颗粒状多壁碳纳米管；S2.将研磨好的多壁碳纳米管转移到烧杯当中，加入乙醇将多壁碳纳米管配制成0.1～1g/L的溶液，再加入分散剂和MFC制成混合溶液；其中MFC与多壁碳纳米管的质量比为1:10～1:1，分散剂的加入量为乙醇体积的0.1～1.5％；S3.将多壁碳纳米管/MFC混合溶液放入到超声分散机器中，使混合溶液在...

【专利技术属性】
技术研发人员：宾月珍，刘落恺，胡云平，陈志强，
申请(专利权)人：大连理工大学，常熟华尚新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21