一种纳米材料的分散方法技术

本发明专利技术提供一种纳米材料的分散方法，属于纳米材料领域，采用表面活性剂和两阶段超声协同作用，不仅获得显著的分散效果，而且方法简单、易操作，显著节约制备的时间成本。此外，本发明专利技术的单壁碳纳米管均匀分散在复合材料中且不影响复合材料中其它组分，从而不影响其他成分的功能发挥以及复合材料的整体性能。

A dispersing method for nanomaterials

The invention provides a dispersion method of nanometer materials, which belongs to the field of nanometer materials. By using surfactant and two-stage ultrasonic synergy, the dispersion effect is remarkable, the method is simple and easy to operate, and the time cost of preparation is remarkably saved. In addition, the single-walled carbon nanotubes of the invention are uniformly dispersed in the composite without affecting other components of the composite, thereby not affecting the function of other components and the overall performance of the composite.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米材料的分散方法
本专利技术属于纳米材料领域，具体涉及一种纳米材料的分散方法。
技术介绍
碳纳米管拥有纳米级直径微米级长度和管状结构，单壁碳纳米管独特的管状结构和完美的碳碳共价键，使他拥有优良的物理性质和化学性质，如超高的力学性能和非常好的电学导电性，良好的化学稳定性和特殊的光学性能。由于单壁碳纳米管具有很高的力学性能，可以增强复合材料的综合性能，掺杂碳纳米管的复合材料具有很好的光稳定性，高强度，掺杂少量的碳纳米管还能大大的提高复合材料的电导率。但是由于单壁碳纳米管是疏水分子且碳纳米管之间存在着一定强度的范德华力，容易聚集在一起，难溶于水或其它溶剂中。这样影响了单壁碳纳米管的单体特性，制约了其很多方面的应用，因此如何得到稳定分散的碳纳米管或者其悬浊液是碳纳米管研究领域的关键问题。目前，对于单壁碳纳米管的分散方法涉及较广，通常采用物理方法或表面改性的方法，但往往其方法较为复杂或者涉及的成本较高。如物理法分散碳纳米管的方法通常是利用高能量的超声震荡分散碳纳米管，并利用高速离心过程对碳纳米管分散悬浮液进行纯化处理。此外，表面改性法包括机械表面改性分散法，共价表面改性分散法，非共价表面改性分散法，辐射表面改性分散法等。但其方法不仅自身较为繁琐，且经改性的单壁碳纳米管易和复合材料中的其他组分发生反应，从而影响其他成分的功能发挥，进而影响到复合材料的整体性能等。单壁碳纳米管可以分散在多种溶剂中，如乙醇、三氯甲烷等。文章WuB,BaiL,GongQ,etal.EffectofNon-Ionicsurfactantsonthedispersionofmultiwalledcarbonnanotubesathighloadinginethanol[J].ActaPhysico-ChimicaSinica,2009,25(6):1065-1069通过使用非离子表面活性剂TritonX-100和Tween6.5将高浓度多壁碳纳米管分散在乙醇中生成悬浮液，其悬浮液在乙醇中长期稳定。文章YoshioS,TatamiJ,YamakawaT,etal.Dispersionofcarbonnanotubesinethanolbyabeadmillingprocess[J].Carbon,2011,49(13):4131-4137通过将球磨后的碳纳米管分散在乙醇溶液中，得到碳纳米管悬浮液，其中，碳纳米管以棒状纳米尺寸分散。文章ZhangJ,GaoL,SunJ,etal.DispersionofSingle-WalledcarbonnanotubesbynafioninWater/Ethanolforpreparingtransparentconductingfilms[J].JournalofPhysicalChemistryC,2008,112(42):16370-16376通过使用全氟磺酸将单壁碳纳米管分散在不同比例的水/乙醇溶液中。文章ZhaoLP.GaoL.Stabilityofmulti-walledcarbonnanotubesdispersionwithcopolymerinethanol[J].ColloidsandSurfacesA-PhysicochemicalandEngineeringAspects,2003,224(1-3):127-134通过使用20dmb％共聚物作为分散剂，将1wt％多壁碳纳米管分散在乙醇中得到稳定悬浮液。但是以乙醇为分散液时，颗粒之间容易聚集在一起，不易维持纳米尺寸，且以乙醇为溶剂，分散的单壁加入到一些复合物中，可能会影响其他组分的性质。针对于以上方法存在的问题，需要获得有效分散单壁碳纳米管的方法，不仅使其充分分散，并且获得较小的纳米范围，同时使单壁碳纳米管均匀分散在复合材料中且不影响复合材料中其它组分。
技术实现思路
本专利技术提供一种单壁碳纳米管的分散方法，以低原料成本的水为分散介质，同时采用表面活性剂和两阶段超声协同作用，不仅获得显著的分散效果，而且方法简单、易操作，显著节约制备的时间成本。此外，本专利技术的单壁碳纳米管均匀分散在复合材料中且不影响复合材料中其它组分，从而不影响其他成分的功能发挥以及复合材料的整体性能。本专利技术提供的单壁碳纳米管的分散方法，具体步骤如下：(1)将表面活性剂以及水混合后，向其中加入单壁碳纳米管共混，得到共混液，所述共混液中的表面活性剂的浓度为1-4mg/mL，单壁碳纳米管的浓度为0.1-0.4mg/mL；(2)将共混液分别先后利用超声波清洗仪以及超声波细胞粉碎仪进行超声处理，对单壁碳纳米管进行分散，所述超声波细胞粉碎仪超声时间为15-35min。进一步地，所述步骤(1)中，所述各原料混合的温度为15-35℃。优选地，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或十二烷基硫酸钠(SDS)中的一种。更优选地，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。优选地，所述超声波清洗仪超声功率为100-150W。优选地，所述超声波清洗仪超声分散的时间为1-10min。优选地，所述超声波清洗仪超声分散的温度为15-35℃。优选地，所述超声波细胞粉碎仪的超声频率为20-25KHz，超声功率为170-200W。优选地，所述超声波细胞粉碎仪超声温度条件为冰浴。本专利技术为单壁碳纳米管的分散提供了简单且有效的方法。有益效果：1、利用本专利技术所述的分散方法获得单壁碳纳米管获得了显著的技术效果，不仅在最大吸收波长下的吸光度值较高，而且粒径显著较小，分散效果较好。经过实验验证，将本专利技术实施例8和9(样品1和2)和对比例3、4(样品5、6)进行比较，利用本专利技术实施例8和9的分散方法分散的单壁碳纳米管，其吸光度值分别为0.3677和0.4462，显著高于对比例3、4(样品5、6)的0.0077和0.0139。在200nm-1000nm范围内，碳纳米管溶液中单分散的碳纳米管的浓度与其UV-vis的吸光度成线性关系，即碳纳米管溶液中单分散的碳纳米管的浓度随着吸光度的增加而增加。由此说明，实施例8和9(样品1和2)中单壁碳纳米管的分散浓度高于对比例3、4(样品5、6)。同时实施例8和9的粒径均低于对比例3、4，从而证明本专利技术利用复合超声方法获得了显著的技术效果，不仅粒径较小，得到了充分的分散，而且吸光度值较高，说明细胞粉碎超声波提供的能量比较大，在同样的时间内，它可以使成束的碳纳米管分散成单根的碳纳米管。普通水浴超声波在同样的时间内，其提供能量不足以破坏碳纳米管间的相互作用力，不能充分使团聚在一起的碳纳米管分散。粒径越小，说明分散性越好。其显著优于单纯普通超声的效果，且整体超声用时较短，节省时间，有利于提高效率。虽然根据吸光度测试结果，其中吸光度值4号＞2号＞3号＞1号，虽然以乙醇为溶剂时，样品3和4(对比例1和2)略高于本专利技术样品1和2(实施例8和9)其吸光度值较高，但是根据粒径的比较可以看出(表2)，利用本专利技术实施例8和9的分散方法分散的单壁碳纳米管，其粒径显著小于对比例1和2。在单壁纳米碳管的分散过程中，粒径越小，单壁聚集的越少，说明单壁分散的越好。在溶剂及分散剂相同的条件下，本专利技术意外的专利技术，利用水作为分散介质，配合表面活性剂，同时联合利用复合超声方法获得了显著的技术效果，不仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单壁碳纳米管的分散方法，具体步骤如下：(1)将表面活性剂以及水混合后，向其中加入单壁碳纳米管共混，得到共混液，所述共混液中的表面活性剂的浓度为1‑4mg/mL，单壁碳纳米管的浓度为0.1‑0.4mg/mL；(2)将共混液分别先后利用超声波清洗仪以及超声波细胞粉碎仪进行超声处理，对单壁碳纳米管进行分散，所述超声波细胞粉碎仪超声时间为15‑35min。

【技术特征摘要】
1.一种单壁碳纳米管的分散方法，具体步骤如下：(1)将表面活性剂以及水混合后，向其中加入单壁碳纳米管共混，得到共混液，所述共混液中的表面活性剂的浓度为1-4mg/mL，单壁碳纳米管的浓度为0.1-0.4mg/mL；(2)将共混液分别先后利用超声波清洗仪以及超声波细胞粉碎仪进行超声处理，对单壁碳纳米管进行分散，所述超声波细胞粉碎仪超声时间为15-35min。2.如权利要求1所述的一种单壁碳纳米管的分散方法，其特征在于：所述表面活性为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或十二烷基硫酸钠(SDS)中的一种。3.如权利要求1所述的一种单壁碳纳米管的分散方法，其特征在于：所述超声波清洗仪超声功率为100-150W。4.如权利要求1所述的一种单壁碳纳米管的分散方法，其特征在于：所述超声分散的超声时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政，董丽攀，王福迎，丁英杰，贾士儒，巩继贤，张健飞，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12