一种具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布的制备方法。该制备方法先采用电弧放电法制备得到单壁碳纳米管溶胶，再将单壁碳纳米管溶胶通过气体过滤吸附成型法使单壁碳纳米管溶胶实现自主装沉积，形成布状夹层结构产物，最终制备得到高电导率的具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布。该单壁碳纳米管布的拉曼表征I

【技术实现步骤摘要】
一种具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布的制备方法


[0001]本专利技术属于纳米材料制备
，具体涉及一种具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布的制备方法。

技术介绍

[0002]碳纳米管(CNT)是由石墨烯片层卷曲而成的具有较大长径比的新型纳米碳材料。通常，按照石墨烯片层的层数，可以分为：单壁碳纳米管(SWCNT)、双壁碳纳米管(DWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT)。与多壁碳纳米管相比，单壁碳纳米管具有更多的结构特点和性能优势：单壁碳纳米管的直径分布范围更小，通常在0.4
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2nm；同时缺陷少，具有更高的石墨化程度和结晶性。因此，单壁碳纳米管具有高透光性、高导电、高载流子迁移率等诸多优异性能。此外，单壁碳纳米管在材料力学、机械性能、电化学性能、电磁屏蔽等方面也具有更高的开发潜力。目前，小批量制备单壁碳纳米管的主要方法为浮动化学气相沉积法(FCCVD)和电弧放电法。经过多年的积累和探索，我们采用电弧放电法制备单壁碳纳米管的技术取得了很好的效果，但目前市场仍处于培育阶段，能高效、大批量制备出高品质、低成本的单壁碳纳米管具有重大意义。
[0003]电磁屏蔽材料通常是使用涂层、沉积、浸渍、溅射、纺织等方法使材料附着或穿戴到受屏蔽物表面，能够减少电磁波辐射对人体或者电子设备的损害。单壁碳纳米管不仅具有优异的力学强度，而且具有优异的导电性，设计合适结构的具有良好阻抗匹配的单壁碳纳米管材料将在电磁屏蔽应用上具有天然优势。在单壁碳纳米管制备出的宏观结构上，通常是以粉体的形式存在居多，也可以以膜的形式生产出。通常碳管薄膜是在制备出的单壁碳纳米管在产量较低的情况下，通过推挤法、剪切压制法和干拉等方法使碳管组装成型形成的。单壁碳纳米管薄膜可以直接形成器件使用，在透明导电膜、传感器、集成电路等方面具有应用前景。现有技术中采用一氧化碳为碳源化学气相沉积法制备的在柔性基材上沉积的单壁碳纳米管膜，具有透明导电的特点，但碳纳米管需要沉积在基底材料上。还有在碳纳米管表明增加非晶碳作为缓冲层结构的用于电磁屏蔽的薄膜，虽然具有很好的屏蔽效果，但材料尺寸不易控制与放大。也使用化学交联MXene包覆的碳纳米管复合薄膜，经过化学交联处理后的薄膜具有了力学强度，能够实现大尺寸的制备，具有优异的电磁屏蔽性能。以及将碳纳米管分散液经过多次的浸渍干燥后沉积到修饰的非织造布上，形成了宏观上的碳管布。通过这些方式制备出的单壁碳纳米管薄膜由于单壁碳纳米管的产率限制，形成的薄膜通常需要沉积到如PET膜、纤维素膜、尼龙膜等基底材料上，一定程度上限制了其应用，同时在强度、柔韧性和防止脱落等方面也具有缺陷。这在作为尺寸可以定制具有可穿戴等功能的电磁屏蔽材料应用方面将受到很大的限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开了一种具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布的制备方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术的技术方案是：一种具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布的制备方法，所述制备方法先采用电弧放电法制备得到单壁碳纳米管溶胶，再将单壁碳纳米管溶胶通过气体过滤吸附成型法使单壁碳纳米管溶胶实现自主装沉积，形成布状夹层结构产物，最终制备得到高电导率的具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布。
[0006]进一步，所述制备方法具体包括以下步骤：
[0007]S1)以适量配比的催化剂和助剂作为阳极，以电极棒为阴极，形成电弧反应区，通入碳源气体裂解后制备得到单壁碳纳米管溶胶；
[0008]S2)调节出料口的温度至设定温度，在负压作用下将S1)得到单壁碳纳米管气溶胶跟随载气通过所述出料口进入气体过滤吸附器内部，凝聚形成长的丝状产物；
[0009]S3)通过调节负压的压力使丝状产物在沉积在做往复运动的基底上，形成布状夹层结构产物，最终得到高电导率的具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布。
[0010]进一步，所述S1)的具体步骤为：
[0011]S1.1)将催化剂和助剂一定的质量比配比，混合后作为阳极，以电极棒为阴极，在一定的电流电压下将炉内电弧反应区加热至裂解温度；
[0012]S1.2)通过载气通入碳源气体通入电弧反应区进行高温裂解，聚集形成单壁碳纳米管气溶胶。
[0013]进一步，所述S1.1)中的助剂占催化剂的质量比为0.1％～10％；
[0014]所述催化剂为纯铁、铸铁、A3钢铁、硅铁、锰铁、铬铁、钨铁、钼铁、氧化铁或其合金；
[0015]所述助剂为硫化氢、硫单质、硫化亚铁或噻吩；
[0016]所述S1.2)中的裂解温度为1000℃～3000℃。
[0017]进一步，所述S2)中的设定温度为80℃～500℃；
[0018]所述负压为相对压力
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0.01MPa～
‑
0.1MPa。
[0019]进一步，所述S3)的具体工艺为：
[0020]S3.1)先启动电机将基底牵调节至出料口处，以移动速率为0.001cm/s～0.5cm/s下在出料口处横向和纵向分别进行往复移动；
[0021]S3.2)在负压状态为相对压力
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0.05MPa～
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0.1MPa，单壁碳纳米管丝状产物在所述基底上形成致密层；
[0022]S3.3)继续调节负压状态为相对压力
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0.01MPa～
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0.05MPa单壁碳纳米管丝状产物在所述致密层形成松散层，形成布状夹层结构产物，最终得到高电导率的具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布。
[0023]进一步，所述单壁碳纳米管布的电导率为0.2～5.0S/cm，在8.2～12.4GHz频率范围内的电磁屏蔽能够达到
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55dB。
[0024]进一步，所述单壁碳纳米管布的厚度为0.01μm～1cm，尺寸为0.1cm*0.1cm～2m*10m；密度为0.05～0.1g/cm3，最大拉伸强度为7.4MPa。
[0025]本专利技术的另一目的是提供一种实现上述的制备方法的装置，其所述装置包括碳纳米管合成单元和气体过滤吸附器单元；
[0026]其中，所述碳纳米管合成单元，用于采用电弧放电法制备得到单壁碳纳米管溶胶；
[0027]所述气体过滤吸附器单元，用于将单壁碳纳米管气溶胶通过气体过滤吸附成型法使单壁碳纳米管溶胶实现自主装沉积，形成布状夹层结构产物。
[0028]进一步，所述气体过滤吸附器单元包括壳体、出料管、基底、真空泵、导轨和牵引电机；
[0029]其中，所述壳体的一端设有进料口，另一端与所述真空泵连接，所述进料口通过出料管与所述碳纳米管合成单元的出料口连接；
[0030]所述导轨设置在所述壳体内部，且位于所述进料口附近，所述牵引电机和基底均活动设置在所述导轨上，且所述牵引电机的输出端与所述基底的底部连接；
[0031]所述基底为陶瓷过滤片、滤纸、滤布、或不锈钢网，目数为50目～800目。
[0032]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有电磁屏蔽性的无基底单壁碳纳米管布的制备方法，其特征在于，所述制备方法先采用电弧放电法制备得到单壁碳纳米管溶胶，再将单壁碳纳米管溶胶通过气体过滤吸附成型法使单壁碳纳米管溶胶实现自主装沉积，形成布状夹层结构产物，最终制备得到高电导率和电磁屏蔽性能的无基底材料的单壁碳纳米管布。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：S1)以适量配比的催化剂和助剂作为阳极，以电极棒为阴极，形成电弧反应区，通入碳源气体裂解后制备得到单壁碳纳米管溶胶；S2)调节出料口的温度至设定温度，在负压作用下将S1)得到单壁碳纳米管气溶胶跟随载气通过所述出料口进入气体过滤吸附器内部，凝聚形成长的丝状产物；S3)通过调节负压的压力使丝状产物在沉积在做往复运动的基底上，形成布状夹层结构产物，最终得到无基底材料的单壁碳纳米管布。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述S1)的具体步骤为：S1.1)将催化剂和助剂一定的质量比配比，混合后作为金属阳极，以电极棒为阴极，在一定的电流电压下将炉内电弧反应区加热至裂解温度；S1.2)通过载气通入碳源气体通入电弧反应区进行高温裂解，聚集形成单壁碳纳米管气溶胶。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述S1.1)中的助剂占催化剂的质量比为0.1％～10％；所述催化剂为纯铁、铸铁、A3钢铁、硅铁、锰铁、铬铁、钨铁、钼铁、氧化铁或其合金；所述助剂为硫化氢、硫单质、硫化亚铁或噻吩；所述S1.2)中的裂解温度为1000℃～3000℃。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述S2)中的设定温度为80℃～500℃；所述负压为相对压力
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0.01MPa～
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0.1MPa。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述S3)的具体工艺为：S3.1)先启动电机将基底牵调节至出料口处，以移动速率为0.001cm/s～0.5cm/s下在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐乐乐，杨劲松，常艺，陈名海，
申请(专利权)人：江西铜业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：