封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体及其制造方法技术

本发明专利技术的技术要旨在于提供一种封装了金属粒子的金属‑碳纳米复合体及其制造方法，其特征在于，包括：在有机溶剂中配置一对金属丝的步骤；以及，通过向上述金属丝加载双极脉冲直流电源而借助于等离子放电在上述金属丝中形成金属粒子并在上述有机溶剂中形成碳球，从而生成上述金属粒子被封装到上述碳球内部的金属‑碳纳米复合体的步骤。因为利用有机溶剂下的等离子的发生而不需要额外添加化学药剂并因此能够获得高纯度的金属‑碳纳米复合体，以及因为工程简单且收率较高而便于实现商用化。此外，还能够通过在碳球的内部封装金属粒子而防止金属粒子的氧化并借此维持其特性。

Metal-carbon nanocomposites encapsulated with metal particles and their manufacturing methods

【技术实现步骤摘要】
封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体及其制造方法
本专利技术涉及一种封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体及其制造方法，尤其涉及一种因为利用有机溶剂下的等离子的发生而不需要额外添加化学药剂并因此能够获得高纯度的金属-碳纳米复合体，以及因为工程简单且收率较高而便于实现商用化的封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体及其制造方法。
技术介绍
以碳为主要成分的原材料因为具有优秀的机械强度、热传导度、电传导度以及化学稳定性而能够被广泛应用于能源、环境以及电子原材料等诸多领域。如上所述的碳能够以多种不同的结构形成，最近发现的由石墨(graphite)等六角层(hexagonallayer)类碳构成的富勒烯(fullerene)以及碳纳米管(carbonnanotube，CNT)更是受到了极为广泛的关注。富勒烯是指石墨结构被连接成足球形状的分子，碳纳米管则是指石墨以纳米尺寸的直径圆形卷曲而形成的结构，能够根据石墨卷曲的角度以及结构呈现出金属或半导体的特性。如上苏搜狐的碳能够以多种不同的结构形成，而在如上所述的多种形态的结构中，碳纳米球(carbonnanospheres，CNSs)是一种能够适用于催化剂载体、锂离子电池的阳极、吸附剂、耐磨性材料、高强度复合材料以及新型环保模板等的重要的原材料之一。但是，相对于仅利用碳的原材料，当使用性能得到进一步提升的原材料即在碳中包含金属的金属-碳纳米复合体时，金属粒子将有助于在场发射显示器、氢气储藏装置结合体、电极、超级电容器、电磁波屏蔽体、轻型高强度应用产品等方面表现出更加优异的性能。尤其是，当与碳结合的金属粒子为纳米尺寸时，将呈现出与现有的金属不同的金属物性，而最具代表性的物性变化为金属熔点的降低。如上所述的变化能够使金属-碳纳米复合体具有与现有的物质不同的物性，因此能够利用全新的原材料特征赋予丰富的应用性。为了制造出如上所述的金属-碳纳米复合体，在如“大韩民国专利厅公开专利第10-2008-0099907号，形成类钻石碳膜的方法”、“大韩民国专利厅公开专利第10-2013-0063718号，利用等离子-溶液系统的碳-金属纳米复合体的制造方法”、“大韩民国专利厅注册专利第10-1169355号，利用STEP法将碳材料封装到铝中的方法”等现有技术中，利用化学气相沉积(chemicalvapordeposition，CVD)、水热处理(hydrothermaltreatment)、超声波处理(ultrasonictreatment)、等离子处理(plasmatreatment)等技术进行金属-碳纳米复合体的合成。尤其是，为了合成出外部有碳存在并在碳的内部封装了金属的的金属-碳纳米复合体，需要通过复杂的工程合成出纳米金属粒子之后再经过将其封装到碳内部的工程，才能够最终获取到金属-碳纳米复合体。即，因为工程本身需要多个工序(multiprocess)，因此会导致商用化困难以及单价上升等问题，而且因为在合成纳米金属粒子的过程中需要使用还原剂以及各种化学药剂(chemicalagent)，因此会导致复合体纯度(purity)的下降且需要用于去除上述物质的追加工程。此外，还有所生成的复合体的金属-碳混合比率以及配置结构不均匀的问题，而且因为金属-碳纳米复合体的收率较低而需要耗费较多的制造费用才能够获取到特定的量，因此难以实现大量生产和产业化。先行技术文献专利文献(专利文献1)大韩民国专利厅公开专利第10-2008-0099907号(专利文献2)大韩民国专利厅公开专利第10-2013-0063718号(专利文献3)大韩民国专利厅注册专利第10-1169355号
技术实现思路
技术问题本专利技术提供一种因为利用有机溶剂下的等离子的发生而不需要额外添加化学药剂并因此能够获得高纯度的金属-碳纳米复合体，以及因为工程简单且收率较高而便于实现商用化的封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体及其制造方法。此外，还提供一种能够通过在碳球的内部封装金属粒子而防止金属粒子的氧化并借此维持其特性的封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体及其制造方法。技术方案为了实现上述目的，本专利技术提供一种封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体的制造方法，其特征在于，包括：在有机溶剂中配置一对金属丝的步骤；以及，通过向上述金属丝加载双极脉冲直流电源(bipolarpulseddirectcurrentpower)而借助于等离子放电(plasmadischarge)在上述金属丝中形成金属粒子并在上述有机溶剂中形成碳球，从而生成上述金属粒子被封装到上述碳球内部的金属-碳纳米复合体的步骤。其中，上述双极脉冲直流电源的脉冲宽度为1.5至3.0μs、频率为15至20kHz、电压为1500至2000V，或脉冲宽度为2.0至2.5μs、频率为15至20kHz、电压为1500至2000V为宜。此外，上述有机溶剂是一种为了使碳能够聚合(polymerization)成碳球(carbonball)形态而具有碳环并由碳化氢(HC)构成的有机溶剂，且上述有机溶剂从由具有饱和环的环己烷(cyclohexane)、具有芳香族环的苯(benzene)、二甲苯(xylene)、甲苯(toluene)以及上述物质的混合物构成的群组中选择为宜。上述金属丝使用熔点低于2000℃的金属原材料制成，上述金属原材料从由金(Au)、白金(Pt)、铝(Al)、铜(Cu)、锡(Sn)、铅(Pb)以及上述物质的混合物构成的群组中选择为宜。上述金属丝的直径为0.5至且一对上述金属丝以1至2mm的间隔配置为宜。为了实现上述目的，本专利技术还提供一种封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体，其特征在于：通过向金属丝加载双极脉冲直流电源(bipolarpulseddirectcurrentpower)而借助于等离子放电(plasmadischarge)在上述金属丝中形成金属粒子并在上述有机溶剂中形成碳球，从而使上述金属粒子被封装到上述碳球的内部。为了实现上述目的，本专利技术还提供一种封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体，其特征在于：通过使金属粒子被封装到碳球的内部而形成。有益效果通过如上所述的本专利技术的结构，因为利用有机溶剂下的等离子的发生而不需要额外添加化学药剂并因此能够获得高纯度的金属-碳纳米复合体，以及因为工程简单且收率较高而便于实现商用化。此外，还能够通过在碳球的内部封装金属粒子而防止金属粒子的氧化并借此维持其特性。附图说明图1是适用本专利技术之实施例的金属-碳纳米复合体的制造方法的步骤图。图2是用于制造金属-碳纳米复合体的装置的截面图。图3是金属-碳纳米复合体的合成过程的说明图。图4是在不同的脉冲宽度下金属丝的消耗量以及金属-碳纳米复合体的生成量的示意图表。图5是在不同的脉冲宽度下包含于碳球表面的金属粒子量的示意图表。图6是在不同的脉冲宽度下金属-碳纳米复合体的生成形状的CV曲线示意图表。图7是在不同的金属丝类型下金属-碳纳米复合体的生成形状的CV曲线示意图表。图8是金属-碳纳米复合体的XRD图表。图9是金属-碳纳米复合体的TEM照片。图10是金属-碳纳米复合体的EDS映射图片。具体实施方式下面，将结合附图对适用本专利技术之实施例的封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体及其制造方法进行详细说明。首先，如图1所示，在有机溶剂中配置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封装了金属粒子的金属‑碳纳米复合体的制造方法，其特征在于，包括：在有机溶剂中配置一对金属丝的步骤；以及，通过向上述金属丝加载双极脉冲直流电源而借助于等离子放电在上述金属丝中形成金属粒子并在上述有机溶剂中形成碳球，从而生成上述金属粒子被封装到上述碳球内部的金属‑碳纳米复合体的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体的制造方法，其特征在于，包括：在有机溶剂中配置一对金属丝的步骤；以及，通过向上述金属丝加载双极脉冲直流电源而借助于等离子放电在上述金属丝中形成金属粒子并在上述有机溶剂中形成碳球，从而生成上述金属粒子被封装到上述碳球内部的金属-碳纳米复合体的步骤。2.根据权利要求1所述的封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体的制造方法，其特征在于：上述双极脉冲直流电源，脉冲宽度为1.5至3.0μs、频率为15至20kHz、电压为1500至2000V。3.根据权利要求1所述的封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体的制造方法，其特征在于：上述双极脉冲直流电源，脉冲宽度为2.0至2.5μs、频率为15至20kHz、电压为1500至2000V。4.根据权利要求1所述的封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体的制造方法，其特征在于：上述有机溶剂，是一种为了使碳能够聚合成碳球形态而具有碳环并由碳化氢(HC)构成的有机溶剂。5.根据权利要求4所述的封装了金属粒子的金属-碳纳米复合体的制造方法，其特征在于：上述有机溶剂，从由具有饱和环的环...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜埈，李明勲，
申请(专利权)人：韩国海洋大学产学合作基金会，
类型：发明
国别省市：韩国,KR