一种高柔性自交联碳纳米管薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高柔性自交联碳纳米管薄膜的制备方法，纳米材料领域。技术方案为：(1)将羧基化碳纳米管加入溶有表面活性剂的溶剂中，得到体系A；(2)将羟基化碳纳米管或氨基化碳纳米管加入溶有表面活性剂的溶剂中，得到体系B；(3)将体系A与体系B混合，分散均匀；(4)抽滤，得到碳纳米管薄膜；(5)升温发生自交联反应，反应结束后干燥得到高柔性自交联碳纳米管薄膜；得到的薄膜应力和应变分别可达59.22MPa和12.15％，与纯碳纳米管薄膜相比，应力和应变分别提高了3.32倍和14.82倍。本发明专利技术提供的方法提高了碳纳米管薄膜的力学性能。

A preparation method of highly flexible self crosslinked carbon nanotube film

【技术实现步骤摘要】
一种高柔性自交联碳纳米管薄膜的制备方法
本专利技术属于纳米材料领域，具体说涉及到一种以功能化碳纳米管(羟基、羧基和氨基等)为原料，利用真空抽滤碳纳米管均匀溶液的便捷方法制备高柔韧性和高力学强度的自交联的碳纳米管薄膜。
技术介绍
碳纳米管凭借其优异的力学、电学和热学性能，使其在诸多领域有潜在的应用。但是碳纳米管的卓越性能仅是对于单根纳米管而言的，如欲将碳纳米管进行大规模地应用，势必需将微观的碳纳米管制备成宏观尺度的材料方能发挥出碳纳米管的应用价值。碳纳米管薄膜作为碳纳米管的宏观材料以其优异的功能属性在散热、电磁干扰屏蔽、雷击保护、传感器及电驱动等研究和应用领域引起了广泛的关注。目前制备碳纳米管薄膜的方法有真空抽滤法、纳米管阵列顺压法和外加磁场真空抽滤法等，然而不同的方法制备出纳米管薄膜的力学性能变化范围同样很大。目前最常用的制备碳纳米管薄膜的方法是真空抽滤法，该方法被认为是简便和有望大规模生产的方法。比如Zhang等人利用真空抽滤法制备了碳纳米管薄膜[CARBON,94,2015,101–113]，然而采用该方法得到的碳纳米管薄膜实际上力学性能较差。而在实际应用中，通常需要大尺寸和力学性能较好的碳纳米管薄膜。
技术实现思路
为解决常见制备碳纳米管薄膜的方法中存在的工艺复杂、产品柔韧性差(力学性能差)等问题，本专利技术提供了一种高柔性自交联碳纳米管薄膜的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：(1)将羧基化碳纳米管加入溶有表面活性剂的溶剂中，得到体系A；(2)将羟基化碳纳米管或氨基化碳纳米管加入溶有表面活性剂的溶剂中，得到体系B；(3)将体系A与体系B混合，分散均匀；(4)通过尼龙滤膜进行抽滤，得到碳纳米管薄膜；(5)将碳纳米管薄膜置于水中，升温发生自交联反应，反应结束后干燥得到高柔性自交联碳纳米管薄膜；上述步骤，按(1)、(2)、(3)、(4)的顺序进行或按照(2)、(1)、(3)、(4)的顺序进行。步骤(1)或步骤(2)所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或曲拉通中的一种或二种或三种。步骤(1)或步骤(2)所述溶剂为去离子水、N-N二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一种或二种或三种。步骤(1)或步骤(2)所述表面活性剂在溶剂中的浓度为50～1000mg/L。步骤(1)或步骤(2)所述羧基化碳纳米管、羟基化碳纳米管或氨基化碳纳米管与表面活性剂的质量之比为1:(1-15)。步骤(1)或步骤(2)所述体系A和体系B还需分别经超声分散10-12小时，使碳纳米管分散均匀。步骤(1)或步骤(2)所述体系A中羧基化碳纳米管浓度与体系B中羟基化碳纳米管或氨基化碳纳米管的质量体积浓度(mg/L)相同。步骤(3)所述体系A与体系B的混合体积比为1:(0.5-1.5)；分散方法为超声分散，分散时间为4-5小时。步骤(4)所述尼龙滤膜为直径0.45um的圆形滤膜。步骤(5)所述反应温度为40-240℃，反应时间为1-24小时。步骤(5)所述干燥，温度为90℃，干燥时间为10小时。技术效果：本专利技术制得的自交联碳纳米管薄膜的力学性能对比如图2所示，对照组的羧基、氨基和羟基功能化的碳纳米管薄膜的力学性能均优于纯碳纳米管薄膜，而无论是酯化反应的自交联碳纳米管薄膜还是酰化自交联碳纳米管薄膜的力学性能也均高于对照组的碳纳米管薄膜。其中，在水体系中制备的酰化自交联的碳纳米管薄膜综合力学性能最好，应力和应变分别为59.22MPa和12.15％，与纯碳纳米管薄膜相比，应力和应变分别提高了3.32倍和14.82倍。综上所述，本专利技术提供的方法提高了碳纳米管薄膜的力学性能，所以，自交联的碳纳米管薄膜的制备方法是提高碳纳米管薄膜力学性能的一种有效手段，而在水体系中，进行酰化自交联反应对提高碳纳米管薄膜的力学性能最为有益。附图及附图的简单说明图1为不同种类的自交联碳纳米管薄膜的数码照片；图1.a)为羟基化碳纳米管与羧基化碳纳米管在去离子水溶液体系中制备的酯化自交联碳纳米管薄膜。图1.b)为羟基化碳纳米管与羧基化碳纳米管在N-N二甲基甲酰胺溶液体系中制备的酯化自交联碳纳米管薄膜。图1.c)为氨基化碳纳米管与羧基化碳纳米管在去离子水溶液体系中制备的酰化自交联碳纳米管薄膜。图1.d)为氨基化碳纳米管与羧基化碳纳米管在N-N二甲基甲酰胺溶液体系中制备的酰化自交联碳纳米管薄膜。图2为不同种类的自交联碳纳米管薄膜的微观形貌的对比，其中纯碳纳米管薄膜、羧基化碳纳米管薄膜、羟基化碳纳米管薄膜、氨基化碳纳米管薄膜、水体系中制备的羧基与羟基酯化自交联碳纳米管薄膜和N-N二甲基甲酰胺(DMF)体系中制备的羧基与羟基酯化自交联碳纳米管薄膜、水体系中制备的羧基与氨基酰化自交联碳纳米管薄膜、N-N二甲基甲酰胺(DMF)体系中制备的羧基与氨基酰化自交联碳纳米管薄膜分别由a)、b)、c)、d)、e)、f)、g)、h)代表。图3为不同种类的自交联碳纳米管薄膜力学性能的对比，其中纯碳纳米管薄膜、羧基化碳纳米管薄膜、羟基化碳纳米管薄膜、氨基化碳纳米管薄膜、水体系中制备的羧基与羟基酯化自交联碳纳米管薄膜和N-N二甲基甲酰胺(DMF)体系中制备的羧基与羟基酯化自交联碳纳米管薄膜、水体系中制备的羧基与氨基酰化自交联碳纳米管薄膜、N-N二甲基甲酰胺(DMF)体系中制备的羧基与氨基酰化自交联碳纳米管薄膜分别由A、B、C、D、E、F、G和H代表。图4为不同种类的自交联碳纳米管薄膜电学性能的对比，其中纯碳纳米管薄膜、羧基化碳纳米管薄膜、羟基化碳纳米管薄膜、氨基化碳纳米管薄膜、水体系中制备的羧基与羟基酯化自交联碳纳米管薄膜和N-N二甲基甲酰胺(DMF)体系中制备的羧基与羟基酯化自交联碳纳米管薄膜、水体系中制备的羧基与氨基酰化自交联碳纳米管薄膜、N-N二甲基甲酰胺(DMF)体系中制备的羧基与氨基酰化自交联碳纳米管薄膜分别由A、B、C、D、E、F、G和H薄膜代表。具体实施方式本专利技术所选用的十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和曲拉通等分散剂均为市售分析纯试剂，溶剂为去离子水、N-N二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮等；所用到的玻璃仪器、水浴锅和搅拌器等均是实验室常用的仪器和设备。实施例1水体系中制备羧基与羟基酯化自交联碳纳米管薄膜(1)将羧基化碳纳米管加入溶有表面活性剂的溶剂中，得到体系A；(2)将羟基化碳纳米管加入溶有表面活性剂的溶剂中，得到体系B；(3)将体系A与体系B混合，分散均匀；(4)通过尼龙滤膜进行抽滤，得到碳纳米管薄膜；(5)将碳纳米管薄膜置于水中，升温发生自交联反应，反应结束后干燥得到高柔性自交联碳纳米管薄膜；上述步骤，按(1)、(2)、(3)、(4)的顺序进行或按照(2)、(1)、(3)、(4)的顺序进行。步骤(1)或步骤(2)所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠。步骤(1)或步骤(2)所述溶剂为去离子水。步骤(1)或步骤(2)所述表面活性剂在溶剂中的浓度为50mg/L。步骤(1)或步骤(2)所述羧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高柔性自交联碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)将羧基化碳纳米管加入溶有表面活性剂的溶剂中，得到体系A；/n(2)将羟基化碳纳米管或氨基化碳纳米管加入溶有表面活性剂的溶剂中，得到体系B；/n(3)将体系A与体系B混合，分散均匀；/n(4)通过尼龙滤膜进行抽滤，得到碳纳米管薄膜；/n(5)将碳纳米管薄膜置于水中，升温发生自交联反应，反应结束后干燥得到高柔性自交联碳纳米管薄膜；/n上述步骤，按(1)、(2)、(3)、(4)的顺序进行或按照(2)、(1)、(3)、(4)的顺序进行。/n

【技术特征摘要】
1.一种高柔性自交联碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将羧基化碳纳米管加入溶有表面活性剂的溶剂中，得到体系A；
(2)将羟基化碳纳米管或氨基化碳纳米管加入溶有表面活性剂的溶剂中，得到体系B；
(3)将体系A与体系B混合，分散均匀；
(4)通过尼龙滤膜进行抽滤，得到碳纳米管薄膜；
(5)将碳纳米管薄膜置于水中，升温发生自交联反应，反应结束后干燥得到高柔性自交联碳纳米管薄膜；
上述步骤，按(1)、(2)、(3)、(4)的顺序进行或按照(2)、(1)、(3)、(4)的顺序进行。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)或步骤(2)所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或曲拉通中的一种或二种或三种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)或步骤(2)所述溶剂为去离子水、N-N二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一种或二种或三种。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)或步骤(2)所述表面活性剂在溶剂中...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷劲松，夏乾善，刘彦菊，张志春，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23