一种含碳纳米管导电粉体的制备方法技术

一种含碳纳米管导电粉体的制备方法，是以无机粉体为载体均匀的负载至少一种的Ⅷ族金属粒子，与足量的含碳气体接触，通过化学气相沉积反应在无机粉体上原位生长出碳纳米管，获得含碳纳米管的导电粉体。其体积电阻率小于５０Ω.ｃｍ，且可通过控制碳纳米管生长量来控制体积电阻率的大小。可用来沉积碳纳米管的无机粉体有云母、石墨、碳黑、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、导电云母粉、硅藻土、硅灰石。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及通过催化化学气相沉积反应在无机粉体上均匀沉积碳纳米管，属无机化工领域。
技术介绍
随着技术的进步、经济的发展和人们生活水平的提高，静电的危害也日益突显出来。近10余年来，由于静电的干扰和危害(如引起电子电器设备的误操作)引起无数次事故，造成了重大的经济损失，特别是石油储罐，由于对防静电处理认识不足和重视不够，曾发生过严重的火灾爆炸事故。导静电涂料是近年来迅速发展起来的一种功能性涂料，主要用于消除静电的危害。由于生产设备简单、施工方便、成本低廉等特点，导静电涂料得到了广泛使用。导电功能体是导静电涂料重要组成成分。传统的导电功能体有炭黑、石墨、银、铜、铝、镍金属粉末，但这些导电功能体均有一定缺陷而在应用时受到限制。导电炭黑或石墨呈黑色，导电性较好，但着色力强、较难分散，尤其制品颜色很黑，容易吸收太阳光或红外光引起发热膨胀。各种金属粉末导电性虽强，但除银以外，铝、镍、铜粉末易氧化，耐腐蚀性差。故迫切希望开发颜色浅、导电性好、化学稳定性高、成本低的导电功能体。碳纳米管是一种管状结构纳米碳材料，于1991年被日本NEC电镜专家饭岛发现。碳纳米管具有优良的导电性能和化学稳定性，且具有纤维状结构。在制备导静电涂料时，加入很少量的碳纳米管就能达到导静电的要求。因添加量少，其颜色容易掩盖，易于获得浅色色调产品，同时还有利于导静电涂料其它性能的设计，可调变空间大。碳纳米管为一维纳米材料，直径在纳米尺寸范围，长度在微米尺度范围，长径比一般在1000以上。由于特殊的结构形态，碳纳米管之间互相缠绕，难于分散，使用性能并不理想。为了解决碳纳米管在涂料中的分散问题，中国科学院成都有机化学有限公司申请的专利(申请号200410021990.3)提出了如下思路首先在水溶液或者其它有机溶剂中将碳纳米管均匀分散，形成碳纳米管的悬浮液，然后在强力搅拌下将其它微米颗粒加入到碳纳米管悬浮液中，搅拌一定时间后过滤，滤液回收后循环使用，滤饼烘干后即得到复合导电粉体。此方法所得的复合粉体在涂料中有良好的使用效果，但是制备过程中需要超声波分散，过滤等操作，相对烦琐。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过简单过程实现碳纳米管与无机粉体的均匀复合，获得性能优良的含碳纳米管导电粉体。本专利技术是通过如下技术方案实现的在无机粉体上均匀的分散至少一种的VII族金属粒子，在550-1000℃温度下，通过化学气相沉积反应，在无机粉体上沉积出均匀分布的碳纳米管，即得到含碳纳米管的导电粉体。本专利技术中可以通过液相法方便的实现纳米级的VIII族金属粒子或纳米级的VIII族金属氧化物均匀的负载在无机粉体上，这是一种可以不受粉体的形状、比表面、颗粒大小等条件限制的通用的办法。例如，以乙醇为分散剂和溶剂，溶解所需量的Fe、Co、Ni的硝酸盐，同时加入沉积碳纳米管所用的无机粉体。然后滴加碱性的溶液于上述的混合物中，例如氨水、碳酸氢氨、碳酸氨等。控制乙醇的量远大于碱性物的量，而且滴加很缓慢，然后过滤，就可以使纳米级的Fe、Co、Ni的氧化物沉积在物体粉体上。此外还可以通过在沸腾床中使物体粉体处于沸腾状态，同时通入有机金属化合物，在无机粉体上沉积出VIIII族金属纳米粒子。VIII族金属于无机粉体上的分散是容易实现的，通过控制VIII族金属的量和反应的时间长短就可以控制碳纳米管的量和长短，从而控制导电网络的导电能力。由于碳纳米管较大的长径比和优良的导电能力，很少的添加量就可以达到导静电的效果。例如，含10％碳纳米管的氧化钛体积电阻率可达3Ω·cm。本专利技术制备的导电粉把碳纳米管的制备和导电粉的制备融合为一个过程，相比起来去除了碳纳米管的纯化步骤。众所周知的是，刚制备出来的碳纳米管一般含有氧化硅、氧化铝、氧化镁等载体，为了去除载体需要消耗大量的酸和烦琐的操作，既不经济也不环保。本专利技术的无机粉体在制备导电粉的时候起载体的作用，在添加到涂料中的时候起到填料的作用，不需要去除，把多种优点融合为一，具有独创性。本专利技术制备的导电粉体避免了一般的碳纳米管应用时的分散难的问题。碳纳米管有很大的长径比，这有利于导电网络的形成，但不利于碳纳米管的分散。同时碳纳米管有较大的表面能，具有团聚的倾向。为了分散碳纳米管一般的需要超声波、球磨，这在工业化生产中存在难放大的问题，同时还需要消耗昂贵的表面活性剂。在本专利技术中碳纳米管的直径和生长位置是由VIII族金属的直径和位置所决定的，本专利技术提供的方法通过VIII族金属在无机粉体上的均匀分散，就可得到碳纳米管在无机粉体上的均匀分散。本专利技术的无机粉体可以是目前现有的导电粉体，如导电云母粉、导电二氧化钛、导电二氧化硅、导电氧化锌、石墨、半导体氧化锡-氧化锑，也可以是不导电的云母粉、二氧化钛、二氧化硅、氧化锌等无机粉体。附图说明附图为实施例1所得的导电云母粉的扫描电镜照片，由图可见到碳纳米管均匀的覆盖在云母片上，直径大多在15-35nm，长度在1000nm左右。具体实施例方式实施例1取65.66克硝酸镍溶解于含350ml水、100ml乙醇的混合溶液中，搅拌得到澄清溶液，再加入300克云母粉，搅拌半小时，待用。把147.427克碳酸氢铵溶解于850ml水中的。把含碳酸氢铵的水溶液，滴加到上面所述的待用的混合物中，控制滴加时间为半小时，反应温度55℃。滴加完后，混合物熟化3小时，过滤，洗涤，干燥，500℃焙烧半小时。取100克焙烧过的云母粉放入直径10cm的石英管中，通氮气排净空气，于700℃通入80l/h的甲烷气反应半小时，通氮气冷却。所得粉体的体积电阻率为5Ω·cm。添加于丙烯酸树脂，其中导电粉体占20％，常温自干，表面电阻率为104-106Ω/口，喷涂、辊涂、涮涂效果全一样。对所得的导电粉体进行扫描电镜测试，可观察到碳纳米管在云母表面的均匀的散布，而且长度较短。实施例2取90克硝酸铁溶解于含350ml水，100克乙醇的混合溶液中，搅拌得到澄清溶液，再加入300克钛白粉，搅拌半小时，待用。把147.427克碳酸氢铵溶解于850ml水中的。把含碳酸氢铵的水溶液，滴加到上面所述的待用的混合物中，控制滴加时间为半小时，反应温度55℃。滴加完后，混合物熟化3小时，过滤，洗涤，干燥，500℃焙烧半小时。取100克焙烧过的含纳米级氧化镍的云母粉放入直径10cm的石英管中，通氮气排空，于700℃通入80l/h的甲烷气反应半小时，通氮气冷却。所得粉体的体积电阻率为6Ω·cm。实施例3取100克平均直径在50nm的二氧化硅，加到500克蒸馏水中，加入Co(NO3)2.6H2O 15.0g，搅拌于80℃蒸干，于100℃干燥12小时，再经过300℃焙烧4小时就得到均匀负载了氧化钴的氧化硅催化剂。取此催化剂10克，放入直径为5cm的石英管，通氮排空。升温到750℃，通入甲烷与氢气体积比为1∶1的混合气，反应1小时，得到含碳纳米管的浅灰色产物。再经过400℃干燥空气烧2小时去处少量的无定形碳，最后称重得到含5％碳纳米管的复合氧化硅填料。测量其体积电阻率为18.7Ω.cm。取此复合粉体在透射电镜下观察，发现所得碳纳米管直径在5-60nm的范围，长度在0.5微米-100微米的范围。所得碳纳米管均匀的从氧化硅表面长出来，形成均匀的网络。取此复合粉体填充到E-51环氧树脂中，使导电粉体重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含碳纳米管导电粉体的制备方法，是以无机粉体为核心，通过在无机粉体表面原位生长碳纳米管实现表面包覆碳纳米管。其特征在于：（１）以无机粉体为载体，均匀的负载至少一种Ⅷ族金属粒子；（２）在５５０－１０００℃通过化学气相沉积反应 在无机粉体上沉积出均匀分布的碳纳米管，获得含碳纳米管的导电粉体。

【技术特征摘要】
1.一种含碳纳米管导电粉体的制备方法，是以无机粉体为核心，通过在无机粉体表面原位生长碳纳米管实现表面包覆碳纳米管。其特征在于(1)以无机粉体为载体，均匀的负载至少一种VIII族金属粒子；(2)在550-1000℃通过化学气相沉积反应在无机粉体上沉积出均匀分布的碳纳米管，获得含碳纳米管的导电粉体。2.根据权利要求1的方法，其特征在于无机粉体上负载的金属为Co、Ni、Fe及其混合物。3.根据权利要求1的方法，其特征在于负载的金属与载体的质量百分比在0.5∶100-30∶10...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵社涛，林浩强，周固民，瞿美臻，
申请(专利权)人：中国科学院成都有机化学有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]