一种利用化学气相沉积制备复合材料的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用化学气相沉积制备复合材料的装置及方法，装置包括化学气相沉积设备，收集装置和喷雾设备，其中收集装置设置于化学气相沉积设备出料口处；收集装置包括收集面、设置于收集面下方带动收集面进行位移的传动轮以及与传动轮连接的用于驱动传动轮的电机；喷雾设备包括雾化喷头，所述雾化喷头与收集面相对设置。方法包括首先配制前驱体溶液，然后设定化学气相沉积后向炉腔中注入前驱体溶液，最后向化学气相沉积设备炉管出料口出来的薄膜上以喷雾形式喷射待复合材料，再经后续处理得到成品复合薄膜。本发明专利技术提供的装置和方法在制备复合材料过程中巧妙地采用喷雾方式进行材料复合，最大程度保持了复合材料中各复合成分自身的特性。

【技术实现步骤摘要】
一种利用化学气相沉积制备复合材料的装置及方法
本专利技术涉及碳纳米复合材料领域，尤其涉及一种利用化学气相沉积制备复合材料的装置及方法。
技术介绍
作石墨烯具有高比表面积、高导电率、高导热率、柔性等许多优点。同时，由于其特殊的片层结构和层与层之间较弱的范德瓦耳斯力，石墨烯在许多材料体系都存在团聚的困扰。碳纳米管作为一种独特的一维材料，却拥有桶石墨烯一样的高导电和比表面积。将石墨烯引入到碳管中，组成新型三维复合材料，期望碳纳米管在复合体系中可以起到支架作用而石墨烯在复合体系中起到连接点的作用，从而有效地降低石墨烯层的团聚，并且提高石墨烯碳纳米管复合体系在电学，力学等方面物理性能。浮动化学气相沉积制备法是采用有机金属化合物为催化剂，噻吩为反应促进剂，将其融入乙醇当中，前驱体溶液被注入CVD炉内，乙醇在高温下裂解成碳原子，催化剂颗粒负载反应气氢气和氩气的载气中，在炉管中生长成碳纳米管产物，该方法能够连续化和批量化制备碳纳米管薄膜。但该方法生长成单纯的碳纳米管薄膜的电学，力学性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为了解决以上现有技术的不足，提供一种利用化学气相沉积制备复合材料的装置及方法。本专利技术的技术方案如下：一种利用化学气相沉积制备复合材料的装置，包括化学气相沉积设备，收集装置和喷雾设备，其中收集装置设置于化学气相沉积设备出料口处；收集装置包括收集面、设置于收集面下方带动收集面进行位移的传动轮以及与传动轮连接的用于驱动传动轮的电机，收集面与化学气相沉积设备出料口相邻设置；喷雾设备包括雾化喷头，所述雾化喷头与收集面相对设置。进一步地，所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，所述化学气相沉积设备为三温区化学气相沉积设备。进一步地，所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，收集装置下方安装底座，底座设置在滑轨上，可沿滑轨进行位移。进一步地，所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，喷雾设备还包括物料储存容器和气体压缩泵，物料储存容器通过管道依次与气体压缩泵和雾化喷头连接。进一步地，所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，雾化喷头为超声波雾化喷头，气体压缩泵为气动隔膜泵。进一步地，所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，收集面为传送带，通过传动轮实现传送带传送。更进一步地，所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，滑轨上设置丝杆传动电机，通过丝杆传动实现底座沿滑轨位移。更进一步地，所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，传送带的材质为金属或尼龙。进一步地，本专利技术提供了一种利用化学气相沉积制备复合材料的方法，包括以下步骤：步骤1，配制前驱体溶液；步骤2，将化学气相沉积设备抽真空，设置各温区温度，向炉腔内通入氩气和氢气，待通入气体充满整个炉腔后，向炉腔中注入前驱体溶液；步骤3，向化学气相沉积设备炉管出料口出来的薄膜上以喷雾形式，喷射待复合材料，形成复合薄膜粗品；步骤4，对复合薄膜粗品进行后处理致密化，得到成品复合薄膜。更进一步地，基于以上制备方法，本专利技术又提供了一种碳纳米管复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将乙醇、二茂铁和噻吩混合得到混合溶液，再将该混合溶液超声分散后得到前驱体溶液；步骤2，将三温区化学气相沉积设备抽真空，设置三温区的第一段温区温度为200-1000℃，第二段和第三段温区温度为1100-1400℃，待温区温度升到设定温度后，向炉腔内通入氩气和氢气，待通入气体充满整个炉腔后，向炉腔中注入前驱体溶液；步骤3，向化学气相沉积设备炉管出料口出来的碳纳米管薄膜上以喷雾形式，喷射待复合材料，形成碳纳米管复合薄膜粗品；步骤4，对碳纳米管复合薄膜粗品进行后处理致密化，得到碳纳米管复合薄膜。进一步地，所述的碳纳米管复合薄膜的制备方法，步骤1中乙醇、二茂铁和噻吩的质量比为390:5-8:1-5。进一步地，所述的碳纳米管复合薄膜的制备方法，步骤2中通入氩气和氢气的速率为1-4L/min。进一步地，所述的碳纳米管复合薄膜的制备方法，步骤2中前驱体溶液注入速率20-45ml/h。进一步地，所述的碳纳米管复合薄膜的制备方法，步骤3中待复合材料为粒径10μm以下的材料；更进一步地，待复合材料为纳米级石墨烯粉体或石墨烯浆料。本专利技术提供的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，在装置工作过程中先利用浮动化学气相沉积法生长薄膜，在化学气相沉积设备(CVD)炉管另一侧放置收集装置和超声喷头。收集装置可以逆时针方向转动，同时在水平方向进行左右横移。收集装置收集从炉管出来的筒状类的薄膜，同时上方超声喷头向下喷射待复合材料。在收集装置的自转和横移运动作用下，薄膜和待复合材料均匀混合。然后将混合好的产物进行后处理得到复合薄膜。以上待复合材料可以选择10微米以下及纳米级别的材料，能够与薄膜实现很好的复合，得到复合膜，粒径太大的材料会对复合膜表面的结构以及光滑程度产生影响。基于以上装置，本专利技术提供了一种利用化学气相沉积制备复合材料的方法，主要通过利用化学气相沉积发的到待复合薄膜的基础上，通过喷雾形式将待复合材料与前期制备得到的薄膜进行复合，得到两种材料的均匀复合，最大程度保证了两种材料的独立特性，并利用喷雾复合进行有效结合，协同发挥两种材料的功能，同时在前期利用化学气相沉积制备得到的膜具有蓬松和类似气态话的基础上进行喷雾复合待复合的材料，使得两种材料结合更加紧密，提升了最终复合材料的力学性能。本专利技术提供的碳纳米管复合薄膜的制备方法，可以利用本专利技术的装置实现，首先配制前驱体溶液，然后将前驱体溶液通过如注射器和注射泵以一定速率通入以上装置的三温区化学气相沉积设备中，通过三个温区的沉积形成碳纳米管薄膜，碳纳米管薄膜从出料口出来后牵引到收集装置的收集面上，在收集面上方，通过雾化喷头将待复合材料以喷雾形式均匀喷射在碳纳米管薄膜上，形成碳纳米管复合薄膜。本专利技术提供的装置通过在浮动裂解法制备碳纳米管薄膜的过程中采用物理方法将待复合材料加入到碳纳米管薄膜中，一边收集碳管薄膜，雾化喷头一边往碳管膜上喷待复合材料。形成一层碳管膜一层待复合材料的混合结构，且采用雾化喷头在收集装置运动相配合下待复合材料可以均匀的分布在碳管膜上。最后进行高温热压的后处理方法得到碳纳米管复合膜。与现有技术相比本专利技术提供的装置及方法的复合过程没有加入化学反应，待复合材料和碳管膜表面都没有进行化学修饰，最大保留了两者的物理化学性质。本专利技术提供的方法中，所采用的待复合材料可以选自待复合材料的粉体或浆料，具体可以采用石墨烯，金属纳米颗粒，比如纳米银颗粒、纳米银线，这些可以有助于提高导电性，还可以采用如纳米纤维素类材料，有助于提高强度等，也可以将几种材料混合，提升多种特性。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的利用化学气相沉积制备复合材料的装置示意图；其中1为化学气相沉积设备，2为收集装置，21为收集面，22为传动轮，3为喷雾设备，31为雾化喷头，32为物料储存容器，33为气体压缩泵。具体实施方式：下面通过具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。实施例1如图1所示，为本实施例提供的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，包括化学气相沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用化学气相沉积制备复合材料的装置，其特征在于，包括化学气相沉积设备（1），收集装置（2）和喷雾设备（3），其中收集装置（2）设置于化学气相沉积设备（1）出料口处；收集装置（2）包括收集面（21）、设置于收集面（21）下方带动收集面（21）进行位移的传动轮（22）以及与传动轮（22）连接的用于驱动传动轮（22）的电机（23），收集面（21）与化学气相沉积设备（1）出料口相邻设置；喷雾设备（3）包括雾化喷头（31），所述雾化喷头（31）与收集面（21）相对设置。

【技术特征摘要】
1.一种利用化学气相沉积制备复合材料的装置，其特征在于，包括化学气相沉积设备（1），收集装置（2）和喷雾设备（3），其中收集装置（2）设置于化学气相沉积设备（1）出料口处；收集装置（2）包括收集面（21）、设置于收集面（21）下方带动收集面（21）进行位移的传动轮（22）以及与传动轮（22）连接的用于驱动传动轮（22）的电机（23），收集面（21）与化学气相沉积设备（1）出料口相邻设置；喷雾设备（3）包括雾化喷头（31），所述雾化喷头（31）与收集面（21）相对设置。2.根据权利要求1所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，其特征在于，所述化学气相沉积设备（1）为三温区化学气相沉积设备。3.根据权利要求1所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，其特征在于，收集装置（2）下方安装底座，底座设置在滑轨上，可沿滑轨进行位移。4.根据权利要求1所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，其特征在于，喷雾设备（3）还包括物料储存容器（32）和气体压缩泵（33），物料储存容器（32）通过管道依次与气体压缩泵（33）和雾化喷头（31）连接。5.根据权利要求1所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，其特征在于，雾化喷头（31）为超声波雾化喷头，气体压缩泵（33）为气动隔膜泵。6.根据权利要求1所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，其特征在于，收集面（21）为传送带，通过传动轮（22）实现传送带传送。7.根据权利要求3所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，其特征在于，滑轨上设置丝杆传动电机，通过丝杆传动实现底座沿滑轨位移。8.根据权利要求6所述的利用化学气相沉积制备复合材料的装置，其特征在于，传送带的材质为金属或尼龙。9.一种利用化学气相沉积制备复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋旭，田瑞雪，
申请(专利权)人：江苏先丰纳米材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32