三维结构微孔材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种三维结构微孔材料，整体呈立体三维网状结构，在X、Y、Z方向上分别磁控排列有导磁微球粉末，在导磁微球粉末的表面覆载导磁纳米管，以及在导磁微球粉末的间隙内填充导磁纳米管，整体表面电沉积有一层金属层，微孔孔径为1～100nm，整体厚度为0.1～5μm。同时还提供了制备本发明专利技术的三维结构微孔材料的制备方法。本发明专利技术方法，工艺简单，制备成本低，制得得到的材料，结构新颖，具有较均匀、有序的晶体结构排列，材料的一致性较好，材料的空间热传导及抗冲击性能良好等。

Three dimensional structure microporous material and preparation method thereof

The present invention provides a three-dimensional structure of microporous materials, a whole three-dimensional netlike structure in X, Y, Z directions respectively arranged by magnetron magnetic microspheres loaded magnetic powder, magnetic microspheres coated nanotubes on the surface of powder, and filling of magnetic nanotubes in gap magnetic microsphere powder within the whole surface deposited with a layer of metal layer, pore size is 1 ~ 100nm, the overall thickness of 0.1 ~ 5 m. A method for preparing the three-dimensional structure microporous material is also provided. The method has the advantages of simple process and low preparation cost, and the prepared material has the advantages of novel structure, uniform and orderly crystal structure arrangement, good material consistency, good space heat conduction and good impact resistance property of the material, etc..

【技术实现步骤摘要】
三维结构微孔材料及其制备方法
本专利技术涉及一种三维结构微孔材料及其制备方法，应用于电磁屏蔽、传热散热、轻量化等领域。
技术介绍
微孔材料，包括沸石和硅铝磷酸盐，在石油工业中被广泛用作吸收剂、催化剂和催化剂载体。随着新材料技术的发展，各类二维、三维空间材料，以及矩阵排列材料及制备技术层出不穷，在各个不同的领域也得到了较大的发展。近些年来，对于金属粒子的定向排列技术的研究成为了新型功能材料的研究热点，而对于三维结构金属粒子的定向排列技术所制备的材料，还未有见诸报道。三维结构金属粒子的定向排列，不仅使得材料具备更优良的导电性能，在热传导及散热界面上，更是具有优异的性能，同时采用这种技术制备复合材料，也展现出高强度、轻量化的性能特征。随着现代电子信息产业的快速发展，设备超薄化是一种趋势，因此对材料的超薄化也提出了较高的技术要求。现有电子设备中，因为电子元件发热导致的燃烧、以及电磁辐射造成的伤害也越来越受到消费者的重视。现有解决设备发热和电磁屏蔽的途径是分别采用电磁屏蔽元件以及导热散热元件组合使用，不仅增加了设备的整体制造成本，同时多元件组合使用，占用了设备的组装空间，无法进一步降低设备的厚度，并且现有的导热及电磁屏蔽材料受材料的制约，效率极低，制造成本较高。因此，开发一种集成导热及电磁屏蔽的超薄材料，是行业内的迫切需求。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种结构新颖、具有较均匀、有序的晶体结构排列的三维结构微孔材料，同时还提供该三维结构微孔材料的制备方法。一种三维结构微孔材料，整体呈立体三维网状结构，在X、Y、Z方向上分别磁控排列有导磁微球粉末，在导磁微球粉末的表面覆载导磁纳米管，以及在导磁微球粉末的间隙内填充导磁纳米管，整体表面电沉积有一层金属层，微孔孔径为1～100nm，整体厚度为0.1～5μm。所述覆载导磁纳米管的导磁微球粉末的表面面积为总面积的1/3以上，以保证将导磁纳米管和导磁微球粉末牢固地连接到一起，提高结合力。所述表面电沉积的金属层为镍层、铜层或其合金层，所述表面电沉积的金属层的厚度为0.1～1.0μm。一种如上所述的三维结构微孔材料的制备方法，按以下步骤进行：Ⅰ在微球粉末表面包覆一层磁性金属粉末层，制得导磁微球粉末；将制得的导磁微球粉末溶于浓度为1～10％的有机溶剂中制成导磁微球粉末溶液，有机溶剂主要为乙二醇、乙醇、异丙醇等醇类溶剂；Ⅱ通过化学镀方法在纳米管表面镀覆一层金属层，制得导磁纳米管；将制得的导磁纳米管溶于浓度为1～10％的有机溶剂中制成导磁纳米管溶液，有机溶剂主要为乙二醇、乙醇、异丙醇等醇类溶剂；Ⅲ在高分子微孔基体材料的两面镶嵌具有极性的磁板，在电解槽的两侧面设置具有极性的磁板，将高分子微孔基体材料以与电解槽相对应侧面上的磁板极性相同的方式置于充有导磁微球粉末溶液的电解槽中，采用高强磁控方法在基体材料的X方向上磁控排列导磁微球粉末，之后将X方向上磁控排列有导磁微球粉末的高分子微孔基体材料置于充有导磁纳米管溶液的电解槽中，采用高强磁控方法在X方向上磁控排列的导磁微球粉末的表面覆载导磁纳米管，以及在X方向上磁控排列的导磁微球粉末的间隙内填充导磁纳米管；之后按相同的步骤依次在高分子多孔基体材料的Y、Z方向上磁控排列导磁微球粉末，并在Y、Z方向上磁控排列的导磁微球粉末的表面覆载导磁纳米管，以及在Y、Z方向上磁控排列的导磁微球粉末的间隙内填充导磁纳米管；所述覆载导磁纳米管的导磁微球粉末的表面面积为总面积的1/3以上；Ⅳ在经过步骤Ⅲ处理的材料表面电沉积一层金属层；该步骤目的是以电沉积金属层的方式，再次将导磁微球粉末及导磁纳米管牢固地连接到一起，形成一个整体，同时提高材料的导电性能；Ⅴ将经过步骤Ⅳ处理的材料置于热处理炉内，先在惰性气体氛围、温度为300～500℃的条件下焚烧，之后在还原气氛、温度为800～1000℃的条件下还原处理30～100min，即制得三维结构微孔材料。惰性气体可为氩气、氮气中的一种或多种，还原气氛为包含氢气的气氛，可以为纯氢气，也可为氢气与氮气以体积比(1～3)：(7～9)混合形成。该步骤将高分子微孔基体材料焚烧掉，留下导磁微球粉末与导磁纳米管的复合结构。所述步骤Ⅰ中，微球粉末表面包覆的磁性金属粉末层的厚度为0.1～1μm，在微球粉末表面包覆一层磁性金属粉末层的方法为化学镀或微球粉末与磁性金属粉末按一定的质量比混合球磨。所述微球粉末与磁性金属粉末的质量比为(5～9)：(1～5)。球磨机的球磨转速一般为5000～10000转/分钟，球磨时间为5～10小时。所述微球粉末的粒径为1nm～1μm，所述微球粉末为金属微球粉末或非金属微球粉末，所述非金属微球粉末为球状的石墨粉末、石墨烯粉末、碳粉末、金刚石粉末、氮化硼粉末、硅粉末和氧化硅粉末中的一种，所述金属微球粉末为球状的镍、铁、铜、铝的单金属粉末及其氧化物粉末中的一种；所述磁性金属粉末为镍粉末，粒径为0.1～100nm。所述步骤Ⅱ中，纳米管的长度为1～5nm、直径为0.5～5.0nm，所述纳米管为金属纳米管或非金属纳米管，所述非金属纳米管为碳纳米管、硅纳米管、氮化硼纳米管和纤维纳米管中的一种，所述金属纳米管以镍纳米管、四氧化三铁纳米管、三氧化二铝纳米管；所述纳米管表面镀覆的金属层为镍层、铁层或其合金层，纳米管表面镀覆的金属层的厚度为0.1～1μm。所述步骤Ⅲ中的高强磁控方法具体为采用电磁线圈以电流强度控制磁力强度或采用永磁体控制磁力强度，所述磁力强度控制为5000～8000GS。所述高分子微孔基体材料为PP膜、PVC膜、PI膜、PE膜或聚氨酯膜，基体材料的厚度为0.1～5μm，孔径为0.1～10μm，孔隙率为50～95％，孔间距为0.1～5μm，孔与孔之间等距离排列。所述步骤Ⅳ中，表面电沉积的金属层为镍层、铜层或其合金层，表面电沉积的金属层的厚度为0.1～1.0μm。本专利技术的三维结构微孔材料，结构新颖，具有较均匀、有序的晶体结构排列，材料更为轻薄化，具有较宽泛的比表面积，材料的一致性较好，材料的空间热传导及抗冲击性能良好，抗拉强度及伸缩性良好，在导热传热、微孔过滤、电磁屏蔽、轻量化等领域具有较高的应用价值和前景；在表面电沉积一层金属层，有利于与不同性质材料与本专利技术材料的结合而合成新的功能材料，通过导电层的复合后，能较好的解决导热及电磁屏蔽的综合问题。本专利技术的三维结构微孔材料的制备方法，工艺简单，制备成本低，易于实现规模化生产。附图说明图1为实施例1中三维结构微孔材料的微观示意图；图2为实施例1中三维结构微孔材料的局部放大示意图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不局限于实施例之表述。实施例1一种三维结构微孔材料的制备方法，按以下步骤进行：Ⅰ将粒径为1nm的球状石墨粉末与粒径为0.1nm的球状镍粉末按质量比5：1进行混合后使用球磨机球磨，球磨转速为5000转/分钟，球磨时间为5小时，使得球磨后石墨粉末表面包覆一层厚度为0.1μm的镍粉末，制得导磁微球石墨粉末；将制得的导磁微球石墨粉末溶于浓度为1％的乙二醇中制成导磁微球石墨粉末溶液；Ⅱ通过常规的化学镀方法，在长度为1nm、直径为0.5nm的碳纳米管表面镀覆一层厚度为0.1μm的镍层，制得导磁碳纳米管；将制得的导磁碳纳米管溶于浓度为1％的乙二醇中制成导磁碳纳米管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维结构微孔材料，其特征在于：整体呈立体三维网状结构，在X、Y、Z方向上分别磁控排列有导磁微球粉末，在导磁微球粉末的表面覆载导磁纳米管，以及在导磁微球粉末的间隙内填充导磁纳米管，整体表面电沉积有一层金属层，微孔孔径为1～100nm，整体厚度为0.1～5μm。

【技术特征摘要】
1.一种三维结构微孔材料，其特征在于：整体呈立体三维网状结构，在X、Y、Z方向上分别磁控排列有导磁微球粉末，在导磁微球粉末的表面覆载导磁纳米管，以及在导磁微球粉末的间隙内填充导磁纳米管，整体表面电沉积有一层金属层，微孔孔径为1～100nm，整体厚度为0.1～5μm。2.如权利要求1所述的三维结构微孔材料，其特征在于：所述覆载导磁纳米管的导磁微球粉末的表面面积为总面积的1/3以上。3.如权利要求1或2所述的三维结构微孔材料，其特征在于：所述表面电沉积的金属层为镍层、铜层或其合金层，所述表面电沉积的金属层的厚度为0.1～1.0μm。4.一种如权利要求1～3任一所述的三维结构微孔材料的制备方法，其特征在于：按以下步骤进行：Ⅰ在微球粉末表面包覆一层磁性金属粉末层，制得导磁微球粉末；将制得的导磁微球粉末溶于浓度为1～10％的有机溶剂中制成导磁微球粉末溶液；Ⅱ通过化学镀方法在纳米管表面镀覆一层金属层，制得导磁纳米管；将制得的导磁纳米管溶于浓度为1～10％的有机溶剂中制成导磁纳米管溶液；Ⅲ在高分子微孔基体材料的两面镶嵌具有极性的磁板，在电解槽的两侧面设置具有极性的磁板，将高分子微孔基体材料以与电解槽相对应侧面上的磁板极性相同的方式置于充有导磁微球粉末溶液的电解槽中，采用高强磁控方法在基体材料的X方向上磁控排列导磁微球粉末，之后将X方向上磁控排列有导磁微球粉末的高分子微孔基体材料置于充有导磁纳米管溶液的电解槽中，采用高强磁控方法在X方向上磁控排列的导磁微球粉末的表面覆载导磁纳米管，以及在X方向上磁控排列的导磁微球粉末的间隙内填充导磁纳米管；之后按相同的步骤依次在高分子多孔基体材料的Y、Z方向上磁控排列导磁微球粉末，并在Y、Z方向上磁控排列的导磁微球粉末的表面覆载导磁纳米管，以及在Y、Z方向上磁控排列的导磁微球粉末的间隙内填充导磁纳米管；所述覆载导磁纳米管的导磁微球粉末的表面面积为总面积的1/3以上；Ⅳ在经过步骤Ⅲ处理的材料表面电沉积一层金属层；Ⅴ将经过...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈红辉，
申请(专利权)人：陈红辉，
类型：发明
国别省市：湖南,43