一种自蔓延燃烧制备碳纳米管的方法技术

本发明专利技术涉及一种自蔓延燃烧制备碳纳米管的方法，在基底上充分浸润乙酰丙酮铁等前驱体的溶液，干燥后，基底的一角在接触到火焰时点燃，迅速撤离火源后，前驱体燃烧从一端向另一端蔓延，燃烧结束后生成碳纳米管。该方法制备碳纳米管制备简单，操作方便，不需要额外的设备，对环境的污染小，可实现宏量制备。制备的碳纳米管和基底的复合材料可用于光热转化，超级电容器，锂离子电池，吸波和电磁屏蔽等。

A Method for Preparing Carbon Nanotubes by Self-propagating Combustion

The invention relates to a method for preparing carbon nanotubes by self-propagating combustion. The carbon nanotubes are fully immersed in the solution of iron acetylacetonate and other precursors on the base. After drying, one corner of the base ignites when it touches the flame and quickly evacuates the fire source. After the combustion of the precursor spreads from one end to the other, carbon nanotubes are formed after combustion. The preparation of carbon nanotubes by this method is simple, easy to operate, does not need additional equipment, and has little pollution to the environment, so it can be prepared in large quantities. Carbon nanotubes (CNTs) and matrix composites can be used for photothermal conversion, supercapacitors, lithium-ion batteries, wave absorption and electromagnetic shielding.

【技术实现步骤摘要】
一种自蔓延燃烧制备碳纳米管的方法
本专利技术属于材料制备的
，具体涉及一种自蔓延燃烧制备碳纳米管的方法。
技术介绍
纳米材料被认为是跨世纪材料研究领域的热点，有“21世纪最有前途的材料”的美誉。而1991年11月日本电气公司(NEC)基础研究实验室的饭岛钝雄(SumioLijima)所发现的碳纳米管，作为新型的纳米材料。以其独特的物理、化学特征、重要的基础研究意义及在分子器件和复合材料等领域的潜在应用价值，日益受到人们的关注。碳纳米管又称巴基管(Buckytube)，属富勒碳系，它主要是由石墨的碳原子层卷曲成圆柱状,径向尺寸很小的碳管。管壁一般由碳六边形环构成，此外，还有一些五边形碳环和七边形碳环对存在于碳纳米管的弯曲部位，碳管的直径一般在1纳米到30纳米之间，而长度可达微米级。这种针状的碳管，管壁有单层，也有多层，分别称之为单壁和多壁碳纳米管。一般说来，多壁碳纳米管是由许多柱状碳管同轴套构而成，层数在2-50层之间不等。层与层之间距离约为0.34纳米，与石墨中碳原子层与层之间的距离0.335纳米为同一数量级。目前，碳纳米管主要采用以下几种方法来制备电弧法，石墨激光蒸发法，含碳化合物的催化裂解法，凝聚相电解生成法，等离子喷射沉积法，微波法等。但是，这些方法存在一定的缺陷，如对设备的要求较高，能耗较大，碳源的利用率较小，制备工艺较为复杂，同时，这些合成方法需要严苛的实验条件，比如惰性气体保护，高温高压等，大大提高了合成过程的中的危险性。
技术实现思路
为了解决现有技术中提到的上述问题，本专利技术提供了一种简单易行，快速高效制备碳纳米管的方法。就现有的对于碳纳米管的研究而言，扩展了制备碳纳米管的途径。该方法制备碳纳米管制备简单，操作方便，不需要额外的设备，对环境的污染小，可实现宏量制备。本专利技术采用如下技术方案，一种自蔓延燃烧制备碳纳米管的方法，将前驱体溶解在溶剂中得到前驱体溶液，用所述的前驱体溶液充分浸润基底，干燥后，前驱体均匀分散在基底上，点燃一角，撤离火源后，燃烧从一端向另一端蔓延，燃烧结束后生成碳纳米管。在本专利技术的优选的实施方案中，所述的方法具体包括如下步骤：步骤1：预处理——任选的对基底进行清洗和烘干；步骤2：浸润——将前驱体溶解在溶剂中得到前驱体溶液，用所述的前驱体溶液充分浸润基底；步骤3：干燥——将充分浸润的基底干燥备用；步骤4：点火——基底靠近火柴火焰点燃；步骤5：成品——燃烧结束，即得目标产物。在本专利技术的优选的实施方案中，所述的前驱体选自乙酰丙酮类金属盐或二茂金属盐；优选的，所述的乙酰丙酮类金属盐选自乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴中的一种或多种，所述的二茂金属盐选自二茂镍、二茂钴中的一种或多种；所述的前驱体溶液的浓度为1-90mg/mL，优选10-30mg/mL。在本专利技术的优选的实施方案中，所述溶剂选自乙醇、甲醇、叔丁醇等溶剂中的一种或几种。在本专利技术的优选的实施方案中，所述的基底为泡沫状基底、纤维束基底或纤维布基底；优选的，所述的泡沫状基底为镍泡沫、铜泡沫、铁/镍泡沫或其他金属/合金泡沫或陶瓷泡沫；所述的纤维束基底或纤维布基底所用纤维为金属/合金纤维或玻璃、陶瓷、碳等纤维。在本专利技术的优选的实施方案中，所述的点燃包括火柴、打火机、酒精灯等方式点燃，也可通过其他各种常用点燃方法。在本专利技术的优选的实施方案中，所述的干燥方法为室温干燥或鼓风加热干燥。在本专利技术的优选的实施方案中，所述的充分浸润是将基底浸泡于溶液中或直接将溶液滴在基底上。在本专利技术的优选的实施方案中，所述的自蔓延燃烧是指前驱体自燃烧。本专利技术还保护所述的方法制备得到的碳纳米管。与现有的碳纳米管制备技术，本专利技术提供的自蔓延燃烧制备碳纳米管的方法具有如下优点：（1）本专利技术通过前驱体溶液与基底的配合，直接采用原位生长的方法，不需要通入气体碳源，在基底表面或者骨架上通过一步法实现均匀的生长。（2）本专利技术制备方法简单，操作方便，对设备要求低，不需要额外的设备，能耗小，操作简单，生长温度低，对环境污染小，可实现宏量制备。制备的碳纳米管和基底的复合材料在光热转化，超级电容器，锂离子电池，吸波和电磁屏蔽等方面都有广泛的应用前景。附图说明以下结合附图对本专利技术作进一步说明,附图仅对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。图1是本专利技术实施例1中通过自蔓延燃烧法使用乙酰丙酮铁和镍泡沫基底所制备的碳纳米管扫描电子显微镜图片。图2是本专利技术实施例2中通过自蔓延燃烧法使用乙酰丙酮铁和铜泡沫基底所制备的碳纳米管扫描电子显微镜图片。图3是本专利技术实施例3中通过自蔓延燃烧法使用乙酰丙酮铁和铁/镍泡沫基底所制备的碳纳米管扫描电子显微镜图片。图4是本专利技术实施例4中通过自蔓延燃烧法使用乙酰丙酮铁和玻璃纤维基底基底所制备的碳纳米管扫描电子显微镜图片。图5是本专利技术实施例5中通过自蔓延燃烧法使用乙酰丙酮钴和镍泡沫基底所制备的碳纳米管扫描电子显微镜图片。图6是本专利技术实施例6中通过自蔓延燃烧法使用二茂镍和镍泡沫基底所制备的碳纳米管扫描电子显微镜图片。图7是本专利技术实施例7中通过自蔓延燃烧法使用二茂钴和镍泡沫基底所制备的碳纳米管扫描电子显微镜图片。图8为本专利技术实例1中的样品在一个太阳光强度(1kW/m2)下的光照蒸发测试性能的曲线图。具体实施方式以下，结合附图将对本专利技术的较佳实施方式作出详细的说明，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。实施例1本专利技术的第一实施方式提供了一种通过自蔓延燃烧法使用前驱体乙酰丙酮铁和镍泡沫基底制备碳纳米管的方法。所述方法包括如下步骤：步骤1：预处理——取镍泡沫浸泡在丙酮中，超声15min，再依次用乙醇，水各清洗2次，每次超声15min，真空烘干备用。步骤2：浸润——将乙酰丙酮铁3g溶解100mL的无水乙醇中，超声振荡30min，搅拌5min，使得乙酰丙酮铁充分溶解在乙醇中，取1*2cm裁剪好的镍泡沫浸泡在上述溶液中，用力震荡1min。步骤3：烘干——将充分浸润的镍泡沫置于60oC鼓风烘箱中，烘干备用。步骤4：点火——基底靠近打火机火焰点燃，燃烧时间约为5s。步骤5：成品——燃烧结束完毕，取样，即可得目标产物。实施例2本专利技术的第二实施方式提供了一种在通过自蔓延燃烧法使用前驱体乙酰丙酮铁和铜泡沫基底制备碳纳米管的方法。所述方法包括如下步骤：步骤1：预处理——取铜泡沫浸泡在丙酮中，超声15min，再依次用乙醇，水各清洗2次，每次超声15min，真空烘干备用。步骤2：浸润——将乙酰丙酮铁3g溶解100mL的无水乙醇中，超声振荡30min，搅拌5min，使得乙酰丙酮铁充分溶解在乙醇中，取1*2cm裁剪好的铜泡沫浸泡在上述溶液中，用力震荡1min。步骤3：烘干——将充分浸润的铜泡沫置于60oC鼓风烘箱中，烘干备用。步骤4：点火——基底靠近火柴火焰点燃，燃烧时间约为5s。步骤5：成品——燃烧结束完毕，取样，即可得目标产物。实施例3本专利技术的第三实施方式提供了一种通过自蔓延燃烧法使用前驱体乙酰丙酮铁和铁/镍泡沫基底制备碳纳米管的方法。步骤1：预处理——取铁/镍泡沫浸泡在丙酮中，超声15min，再依次用乙醇，水各清洗2次，每次超声15min，真空烘干备用。步骤2：浸润——将乙酰丙酮铁3g溶解100mL的无水甲醇中，超声振荡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自蔓延燃烧制备碳纳米管的方法，其特征在于，将前驱体溶解在溶剂中得到前驱体溶液，用所述的前驱体溶液充分浸润基底，干燥后，前驱体均匀分散在基底上，点燃一角，撤离火源后，燃烧从一端向另一端蔓延，燃烧结束后生成碳纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种自蔓延燃烧制备碳纳米管的方法，其特征在于，将前驱体溶解在溶剂中得到前驱体溶液，用所述的前驱体溶液充分浸润基底，干燥后，前驱体均匀分散在基底上，点燃一角，撤离火源后，燃烧从一端向另一端蔓延，燃烧结束后生成碳纳米管。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法具体包括如下步骤：步骤1：预处理——任选的对基底进行清洗和烘干；步骤2：浸润——将前驱体溶解在溶剂中得到前驱体溶液，用所述的前驱体溶液充分浸润基底；步骤3：干燥——将充分浸润的基底干燥备用；步骤4：点火——基底靠近火焰点燃；步骤5：成品——燃烧完毕，即得目标产物。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的前驱体选自乙酰丙酮类金属盐或二茂金属盐；优选的，所述的乙酰丙酮类金属盐选自乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴中的一种或多种，所述的二茂金属盐选自二茂镍、二茂钴中的一种或多种；所述的前驱体溶液的浓度为1-90mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓锋，韩霜，李伟，戴千，闵芃，于中振，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11