一种溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法技术

本申请提供了一种溶液燃烧法制备CNT‑Cu复合粉体的方法，涉及复合材料制备领域。包括以下步骤：(1)将硝酸铜、功能化的碳纳米管、蔗糖以及去离子水混合超声搅拌30min，使各组分混合均匀，得到混合溶液；(2)将步骤(1)中的混合溶液倒入刚玉坩埚进行加热，溶液经水分蒸发、沸腾、气泡后燃烧得到前驱体复合粉末；(3)采用水溶液混粉法中的还原工艺对步骤(2)中溶液燃烧得到的前驱体粉末进行还原得到碳纳米管铜复合粉。本申请溶液燃烧法制备CNT‑Cu复合粉体的方法，工艺简单，反应快速，效率高，成本低，产物纯度高，各组分能达到分子水平上的均匀混合，并且燃烧过程中材料在短时间内经历较大的温度变化可能生成亚稳相，从而提高相间的结合强度。

Method for preparing CNT-Cu composite powder by solution combustion method

The present application provides a method for preparing CNT Cu composite powders by solution combustion method, which relates to the field of composite material preparation. It includes the following steps: (1) mixing copper nitrate, functionalized carbon nanotubes, sucrose and deionized water with ultrasonic stirring for 30 minutes to make the components mix evenly and get the mixed solution; (2) pouring the mixed solution in step (1) into corundum crucible for heating, the solution is evaporated by water, boiled and burned after bubbles to obtain precursor composite. Powder; (3) Carbon nanotube copper composite powders were obtained by reducing the precursor powders obtained by solution combustion in step (2) using the reduction process of water solution mixing method. The method for preparing CNT_Cu composite powders by solution combustion is simple in process, fast in reaction, high in efficiency, low in cost, high in purity, uniform mixing of components at molecular level, and metastable phase may be formed during the combustion process after a large temperature change in a short time. Bonding strength.

【技术实现步骤摘要】
一种溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法
本申请涉及复合材料的制备方法，尤其涉及一种溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法。
技术介绍
碳纳米管优异的导电、导热以及高比强度、低密度和低热膨胀系数，使得它不仅在作为高分子材料的增强体，而且作为金属基复合材料增强体方面都显示出了巨大的应用潜力。然而，相比聚合物，碳纳米管与金属润湿性差，几乎不相容，其复合材料存在碳纳米管难以均匀分散、界面结合差等难题，因此，如何采取有效的制备方法和工艺手段实现碳纳米管在铜基体中的均匀分散及提高其界面结合强度成为了碳纳米管增强铜基复合材料的研究方向。为了制备出高性能的碳纳米管增强铜基复合材料，研究者们做了大量的工作。目前制备碳纳米管增强铜基复合材料的方法主要有粉末冶金法、分子水平合法、金属注射成型法等。机械球磨是粉末冶金方法中主要的混粉工艺，是利用球磨介质的转动或振动，对原材料进行强烈的撞击、研磨、和搅拌，从而使各组分混合均匀。研究发现材料的抗拉强度和维氏硬度均得到较大的提高，但材料的电导率下降较大仅为纯铜的75％，且在这种高能的机械力长时间作用下，碳纳米管的结构往往会遭到破坏。采用化学镀镍的方法对碳纳米管进行了表面改性以降低其表面活化能，改善其与金属的相容性。这种方法虽然能很好地改善碳纳米管与铜基体的界面润湿，但是镀镍预处理工艺繁杂，镀镍工艺参数不稳定，难以在纳米级的一维碳管表面获得具有一定厚度的稳定均匀的镀层，难以产业化。分子水平混合法，即将功能化的碳纳米管与铜盐在溶液中进行混合，使铜离子吸附到碳纳米管表面的官能团上并在还原剂的作用下原位转换成铜的氧化物再进行还原得到复合粉末，但这钟方法比较复杂，而且制备过程中加入烧碱氢氧化钠对环境污染较大，也难以完全去除，难以规模化生产。针对碳纳米管铜基复合材料制备过程繁琐、成本高昂的不足，汪次荣采用粉末冶金注射成型的方法来制备复合材料并对制备工艺进行了探索。但这种方法在烧结脱脂的过程中碳纳米管很容易重新团聚，烧结材料难以致密。这些困难极大地制约着碳纳米管增强金属基复合材料的研发。因此研究开发新的复合技术路线就具有重要意义。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是,针对现有碳纳米管与金属难以规模化复合难题,提出一种通过溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，将溶液燃烧法制备的多孔片状氧化亚铜与碳纳米管进行混合来制备复合粉，在静电的辅助作用下实现了碳纳米管的均匀分散，极大简化了制备工艺，适合规模化制备。(二)技术方案本申请提供了一种溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硝酸铜、功能化的碳纳米管、蔗糖以及去离子水混合超声搅拌25-35min，使各组分混合均匀，得到混合溶液；(2)将步骤(1)中的混合溶液倒入刚玉坩埚进行加热，溶液经水分蒸发、沸腾、气泡后燃烧得到前驱体复合粉末；(3)采用水溶液混粉法中的还原工艺对步骤(2)中溶液燃烧得到的前驱体粉末进行还原得到碳纳米管铜复合粉。在本申请的一些实施例中，所述步骤(1)中的硝酸铜、功能化的碳纳米管、蔗糖的组分比为33.20-33.88：0-0.2：8；余量为去离子水。在本申请的一些实施例中，所述步骤(2)中刚玉坩埚的加热温度为1350-1800℃。在本申请的一些实施例中，所述步骤(2)中刚玉坩埚的加热时间为30-65min。在本申请的一些实施例中，所述步骤(3)中的还原化学式为Cu(NO3)2·3H2O+(5Ψ/12)C6H12O6+2.5(Ψ-1)O2＝CuO+(5Ψ/2)CO2+(3+5Ψ/2)H2O+N2。在本申请的一些实施例中，所述硝酸铜由铜与硝酸银溶液发生置换反应制得，其化学式为：Cu+2AgNO3＝2Ag+Cu(NO3)2。在本申请的一些实施例中，所述步骤(2)中溶液经水分蒸发的时间为15-35min。在本申请的一些实施例中，所述步骤(2)中溶液经水分蒸发的环境温度为20-35℃。在本申请的一些实施例中，所述步骤(3)中碳纳米管铜复合粉呈多孔片状结构。在本申请的一些实施例中，所述步骤(1)中硝酸铜、功能化的碳纳米管、蔗糖以及去离子水混合超声搅拌30min。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本申请至少具有以下有益效果其中之一：(1)本申请提供的溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，方法工艺简单，反应快速，效率高，成本低，产物纯度高，各组分能达到分子水平上的均匀混合，并且燃烧过程中材料在短时间内经历较大的温度变化可能生成亚稳相，从而提高相间的结合强度。(2)本申请提供的溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，燃烧过程产生大量气体，其逸出时必然留下大量的气孔，其产物大都呈片状多孔结构，具有较高的比表面，活性也较高。(3)本申请提供的溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，使用溶液燃烧法制备的铜氧化物粉末呈多孔片状结构，这种独特的结构保持了纳米分体高的比表面积，同时在平面上呈现出较高的可接触面积。(4)本申请提供的溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，铜氧化物粉末在水溶液中会形成带正电的胶粒，遇到带负电的碳纳米管会产生静电相互吸引，形成分布均匀的复合粉体，碳纳米管并呈网络状态，成本低，产物纯度高。附图说明图1为本申请溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法的流程框图。图2为本申请溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法中具体实施例1中碳纳米管/铜复合粉末燃烧后的技术效果图。图3为本申请溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法具体实施例1中碳纳米管/铜复合粉末还原后的技术效果图。具体实施方式本申请提供了一种溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，方法工艺简单，反应快速，效率高，成本低，产物纯度高，各组分能达到分子水平上的均匀混合。为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，以下分别对本实施例的各个组成部分进行详细描述：具体实施例1：如图1所示，本申请提供了一种溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，一种溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硝酸铜、功能化的碳纳米管、蔗糖以及去离子水混合超声搅拌25min，使各组分混合均匀，得到混合溶液；(2)将步骤(1)中的混合溶液倒入刚玉坩埚进行加热，溶液经水分蒸发、沸腾、气泡后燃烧得到前驱体复合粉末；(3)采用水溶液混粉法中的还原工艺对步骤(2)中溶液燃烧得到的前驱体粉末进行还原得到碳纳米管铜复合粉。本专利技术工艺原理是利用硝酸盐(氧化剂)和有机物(还原剂)混合物具有的放热的特性，在一定的外部温度诱发条件下能自发发生氧化还原反应，最终得到所需产物。工艺简单，反应快速，效率高，成本低，产物纯度高，各组分能达到分子水平上的均匀混合，并且燃烧过程中材料在短时间内经历较大的温度变化可能生成亚稳相，从而提高相间的结合强度。此外，燃烧过程产生大量气体，其逸出时必然留下大量的气孔，其产物大都呈片状多孔结构，具有较高的比表面，活性也较高。图2为本申请溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法中燃烧后复合粉体的SEM形貌。如图2所示，在使用本方法燃烧后的粉末中可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种溶液燃烧法制备CNT‑Cu复合粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硝酸铜、功能化的碳纳米管、蔗糖以及去离子水混合超声搅拌25‑35min，使各组分混合均匀，得到混合溶液；(2)将步骤(1)中的混合溶液倒入刚玉坩埚进行加热，溶液经水分蒸发、沸腾、气泡后燃烧得到前驱体复合粉末；(3)采用水溶液混粉法中的还原工艺对步骤(2)中溶液燃烧得到的前驱体粉末进行还原得到碳纳米管铜复合粉。

【技术特征摘要】
1.一种溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硝酸铜、功能化的碳纳米管、蔗糖以及去离子水混合超声搅拌25-35min，使各组分混合均匀，得到混合溶液；(2)将步骤(1)中的混合溶液倒入刚玉坩埚进行加热，溶液经水分蒸发、沸腾、气泡后燃烧得到前驱体复合粉末；(3)采用水溶液混粉法中的还原工艺对步骤(2)中溶液燃烧得到的前驱体粉末进行还原得到碳纳米管铜复合粉。2.根据权利要求1所述的溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的硝酸铜、功能化的碳纳米管、蔗糖的组分比为33.20-33.88：0-0.2：8；余量为去离子水。3.根据权利要求1所述的溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤(2)中刚玉坩埚的加热温度为1350-1800℃。4.根据权利要求1所述的溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤(2)中刚玉坩埚的加热时间为30-65min。5.根据权利要求1所述的溶液燃烧法制备CNT-Cu复合粉体的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱永球，陈小华，钱锦春，
申请(专利权)人：南通科源新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32