利用3D打印制备碳纳米管-碳复合泡沫材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及纳米材料的技术领域，尤其涉及一种利用3D打印制备碳纳米管

【技术实现步骤摘要】
利用3D打印制备碳纳米管
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碳复合泡沫材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种纳米材料，尤其涉及一种利用3D打印制备碳纳米管
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碳复合泡沫材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]碳纳米材料，如碳纳米管(CNT)和石墨烯，被认为是制造轻质超弹性材料的适宜构件，因为它们具有优异的机械性能、柔韧性和卓越的热稳定性。然而，在大规模宏观体材料上这些固有特性大打折扣，因为纳米个体(石墨烯片或碳纳米管)的重新堆叠或聚集严重削弱了它们大部分固有特性。3D交联多孔碳纳米管泡沫的独特结构，能够极大地展现出单个碳纳米管的固有特性，碳纳米管泡沫的超压缩弹性和其他机械性能可以在深低温和体尺度下保持。交联多孔碳纳米管泡沫结构在低温下显示出可重复的高变形性而不断裂。
[0003]三维碳纳米管
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碳泡沫中随机取向的碳纳米管在碳骨架结构上通过共价键化学交联表现出很好的弹性性能。这些显著且宏观的机械(超弹性)性能，源自单个碳纳米管显著的弹性和柔性以及块体材料中片之间的共价连接。碳纳米管的弹性和柔性是sp2杂化平面碳纳米管中碳的独特结合的结果，具有软的面外弯曲模式和强的面内拉伸模式，具有非常高的缺陷形成能量。碳纳米管固有的超强机械性能，结合三维碳材料独特的交联结构和高孔隙率，使块体材料具有优异的弹性和其他良好的机械性能。
[0004]3D打印技术是一种增材制造技术，能够快速制备具有复杂曲率结构的零件。通过3D打印技术制备多孔材料的模板能够大大降低成本，缩短制备周期，高温碳化制备的碳材料可以调节内部孔隙结构。目前很多模板法制备的多孔碳纳米材料已经能够应用于电子元件、吸附材料和微波吸收材料等领域。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决上述缺陷，提供一种利用3D打印制备碳纳米管
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碳复合泡沫材料的制备方法及其应用。
[0006]为了克服
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：利用3D打印制备碳纳米管
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碳复合泡沫材料的制备方法，方法具体步骤如下：步骤1、3D打印泡沫结构：先将纳米二氧化硅颗粒分散于去离子水中超声30min，制成悬浮液；再将淀粉和纳米纤维素加入悬浮液中，70℃加热搅拌1h形成溶胶，利用所制的溶胶进行3D打印干燥30min后得到三维网状结构；步骤2、三维泡沫骨架的制备：将步骤1所得的三维网状结构放入马弗炉中并在惰性气体保护下高温碳化处理1h后，用强酸或强碱溶液浸泡15min后用大量去离子水冲洗干净，真空干燥20min得到三维多孔碳泡沫；步骤3、碳纳米管
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碳复合泡沫的制备：将三维碳泡沫连同石英舟放入化学气相沉积反应管式炉中，在100℃下预热1h后升温至850℃，通入氢气，在氢气气氛下以甲烷为前驱
体，化学气相沉积反应30min后冷却得到碳纳米管
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碳复合泡沫材料。
[0007]根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述步骤1中纳米二氧化硅：水：淀粉：纳米纤维素质量份数比例为1:5:2:2。
[0008]根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述步骤2中高温碳化的惰性气体为氩气或氮气根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述步骤2中高温碳化温度为600～700℃。
[0009]根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述步骤2中强酸或强碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、浓硝酸、浓硫酸或浓硫酸溶液。
[0010]根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述步骤2中甲烷气体的体积比为5vol%～8vol%。
[0011]制备的碳纳米管
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碳复合泡沫材料能够应用于轻质超弹性吸附材料中。
[0012]本专利技术的有益效果是：采用3D打印制备栅格孔道硬模板泡沫，打印周期很短，成本低廉且能够控制孔道尺寸大小。高温碳化工艺使得碳泡沫骨架能够继承3D打印泡沫模板的多孔道结构而不坍塌，以碳泡沫为骨架化学气相沉积碳纳米管可以高效制备碳纳米管复合泡沫，工艺简单易于工业规模化生产。
具体实施方式
[0013]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0014]本专利技术方法通过3D打印制备孔隙结构可控的硬模板泡沫作模板，再通过高温碳化工艺得到碳泡沫骨架，最后在碳骨架上化学气相沉积碳纳米管得到碳纳米管
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碳复合泡沫。在碳泡沫骨架上沉积碳纳米管，其中随机取向的碳纳米管主要通过共价键化学交联，碳纳米管与碳骨架的结合更牢固，复合泡沫的弹性性能和机械性能更优异。
[0015]利用3D打印制备碳纳米管
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碳复合泡沫材料的制备方法，方法具体步骤如下：步骤1、3D打印泡沫结构：先将纳米二氧化硅颗粒分散于去离子水中超声30min，制成悬浮液；再将淀粉和纳米纤维素加入悬浮液中，70℃加热搅拌1h形成溶胶，利用所制的溶胶进行3D打印干燥30min后得到三维网状结构；步骤2、三维泡沫骨架的制备：将步骤1所得的三维网状结构放入马弗炉中并在惰性气体保护下高温碳化处理1h后，用强酸或强碱溶液浸泡15min后用大量去离子水冲洗干净，真空干燥20min得到三维多孔碳泡沫；步骤3、碳纳米管
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碳复合泡沫的制备：将三维碳泡沫连同石英舟放入化学气相沉积反应管式炉中，在100℃下预热1h后升温至850℃，通入氢气，在氢气气氛下以甲烷为前驱体，化学气相沉积反应30min后冷却得到碳纳米管
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碳复合泡沫材料。
[0016]其中，步骤1中纳米二氧化硅：水：淀粉：纳米纤维素质量份数比例为1:5:2:2。
[0017]其中，步骤2中高温碳化的惰性气体为氩气或氮气其中，步骤2中高温碳化温度为600～700℃。
[0018]其中，步骤2中强酸或强碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、浓硝酸、浓硫酸或浓硫酸溶液。
[0019]其中，步骤2中甲烷气体的体积比为5vol%～8vol%。
[0020]制备的碳纳米管
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碳复合泡沫材料能够应用于轻质超弹性吸附材料中。
实施例
[0021]步骤1，先将纳米二氧化硅颗粒分散于去离子水中超声30min，制成悬浮液；再将淀粉和纳米纤维素加入悬浮液中，纳米二氧化硅：水：淀粉：纳米纤维素质量份数比例为1:5:2:2，70℃加热搅拌1h形成溶胶，利用所制的溶胶进行3D打印干燥30min后得到三维网状泡沫结构；步骤2，将步骤1所得的三维网状结构放入马弗炉中并在氩气气氛保护下650℃高温碳化处理1h后，用浓硝酸浸泡15min后用大量去离子水冲洗干净，真空干燥20min得到三维多孔碳泡沫。
[0022]步骤3，将三维碳泡沫连同石英舟放入化学气相沉积反应管式炉中，在100℃下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用3D打印制备碳纳米管
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碳复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体步骤如下：步骤1、3D打印泡沫结构：先将纳米二氧化硅颗粒分散于去离子水中超声30min，制成悬浮液；再将淀粉和纳米纤维素加入悬浮液中，70℃加热搅拌1h形成溶胶，利用所制的溶胶进行3D打印干燥30min后得到三维网状结构；步骤2、三维泡沫骨架的制备：将步骤1所得的三维网状结构放入马弗炉中并在惰性气体保护下高温碳化处理1h后，用强酸或强碱溶液浸泡15min后用大量去离子水冲洗干净，真空干燥20min得到三维多孔碳泡沫；步骤3、碳纳米管
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碳复合泡沫的制备：将三维碳泡沫连同石英舟放入化学气相沉积反应管式炉中，在100℃下预热1h后升温至850℃，通入氢气，在氢气气氛下以甲烷为前驱体，化学气相沉积反应30min后冷却得到碳纳米管
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碳复合泡沫材料。2.如权利要求1所述的利用3D打印制备碳纳米管
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碳复合泡沫材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：弓晓晶，许敬，郭冰，
申请(专利权)人：江苏江南烯元石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：