电场辅助碳纳米管在液体介质中的分散方法技术

电场辅助碳纳米管在液体介质中的分散方法属于提高碳纳米管分散性技术领域，应用于碳纳米管提纯、筛分、操纵以及复合材料改性等领域。其特征在于，是对荷电的碳纳米管悬浮液施加电场。在施加电场的同时可以进行超声分散。若施加的电场是直流电场，则施加于碳纳米管悬浮液容器的外侧，其电压大小为２５Ｖ～１０００Ｖ。若施加的电场是交流电场，则施加于碳纳米管悬浮液容器的内侧，其电压大小为２５Ｖ～１０００Ｖ，频率为４５Ｈｚ～５００Ｈｚ。本发明专利技术能够显著改善悬浮液中ＣＮＴｓ的分散性。

【技术实现步骤摘要】

属于提高碳纳米管分散性
，应用于碳纳米管提纯、筛分、操纵以及复合材料改性等领域。
技术介绍
碳纳米管(CNTs)自1991年由日本学者Iijima首先发现以来，因其独特的结构和优异的物理与力学性能而被广泛用于材料科学与纳米
然而，常用方法(如化学气相沉积法)制备出的CNTs多呈相互缠绕的团聚形态，而对于复合材料改性等重要应用领域，需要使CNTs在基体材料中获得良好的分散。因此，首先需要将相互缠绕的团聚态CNTs分散在相关介质中，这种介质通常为液体。目前，用于分散CNTs的方法主要有两类(1)物理方法，如球磨、机械搅拌及超声振荡等；(2)化学方法，如表面活性剂处理等。这些方法或者效果不佳，或者会使CNTs碎断、长径比降低，削弱其用于复合材料改性的优势。另一方面，近年来，利用电场对CNTs定向、排布、筛选以及提纯等方面的研究取得了显著的进展，这些成果表明电场是操纵CNTs的有效手段。但目前未见将电场作用于CNTs悬浮液以改善其中CNTs分散性的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种电场辅助作用控制和促进CNTs在液体介质中分散的方法。本专利技术人曾经利用外加直流电场作用于CNTs悬浮液的方法制备了CNTs的电泳沉积薄膜，验证了电场对悬浮液中的CNTs迁移具有明显作用。当然，利用电场迁移CNTs，需要液体介质中悬浮的CNTs荷电，这就需要通过液体介质的匹配选用和对CNTs进行适当的处理。CNTs在同样的外加电场作用下迁移的过程中，由于各单根CNT所携电荷数目不等、质量大小不均，导致它们的加速度及运动速度不同，于是，缠绕的CNTs得以分离，从而实现分散。本专利技术将电场这一操纵CNTs的有效手段用于分散悬浮液中缠绕的CNTs，有效改善了CNTs在液体介质中的分散性。同时，将电场分散法同传统的超声分散法相结合，使之共同作用于CNTs悬浮液，由于其中团聚的CNTs受到电场作用时还受到超声扰动，因此更迅速地脱离团聚，即获得了更好的分散效果。本专利技术的特征在于，是对荷电的碳纳米管悬浮液施加电场。在施加电场的同时可以进行超声分散。本方法中，若施加的电场是直流电场，则施加于碳纳米管悬浮液容器的外侧，其电压大小为25V～1000V。若施加的电场是交流电场，则施加于碳纳米管悬浮液容器的内侧，其电压大小为25V～1000V，频率为45Hz～500Hz。实验证明本专利技术制备的CNTs悬浮液中的CNTs的分散性显著改善。附图说明图1为直流电场作用于CNTs悬浮液的装置示意图。图2为交流电场作用于CNTs悬浮液的装置示意图。图3为不同条件下液体介质中CNTs的分散形态。具体实施例方式本专利技术所提出的电场辅助作用控制与促进CNTs在液体介质中分散方法，是在外加电场(包括直流电场、交流电场)作用下，液体介质中缠绕团聚的CNTs大部分得以分离，并以单根或少量聚集的形式存在。对荷电的CNTs悬浮液施加电场，可以施加直流电场(25V-1000V)、或交流电场(25V-1000V，45Hz-500Hz)。施加直流电场于CNTs悬浮液时，为避免电极上发生不需要的电化学反应，将电极外置，如图1所示，1，2指电极；施加交流电场于CNTs悬浮液时，电极也采取外置的方式，如图2所示，1，2指电极。施加电场的同时均可进行超声处理，效果更佳。CNTs荷电悬浮液的制备为已有技术，可通过液体介质的匹配选用来制备，下面提供一种制备方法1)采用丙烯催化裂解法制备的CNTs，用氢氟酸和硝酸浸泡，除去催化剂粒子和杂质，并采用球磨的方法将团块状碳纳米管适当分散后，得到原始CNTs；继续将CNTs粉体放入浓H2SO4浓HNO3混合液中，持续煮沸，洗涤、过滤至中性，烘干，得到酸处理的CNTs。2)将上述酸处理的CNTs加入到适量匹配的液体介质(如去离子水)中，超声处理0.5h得到CNTs荷电的悬浮液；或将上述原始CNTs加入到液体介质(如去离子水)中，并加入表面活性剂，超声处理0.5h得到CNTs荷电的悬浮液。下面用实施例结合附图进一步描述本专利技术，但本专利技术的使用范围不受这些实施例的限制。实施例1将经过酸处理的CNTs粉体0.5g加入到100ml去离子水中，超声处理0.5h，获得CNTs悬浮液。对该悬浮液施加25V直流电场4h后，用滴管取悬浮液滴于滤纸上，干燥后在扫描电子显微镜(SEM)下观察，同对比实验(悬浮液无电场静置4h)比较，团聚明显减少，分散效果显著改善。如图3(a)、3(b)所示。实施例2将经过酸处理的CNTs粉体0.5g加入到100ml去离子水中，超声处理0.5h，获得CNTs悬浮液。对该悬浮液施加25V直流电场，同时超声处理，0.5h后，用滴管取悬浮液滴于滤纸上，干燥后在SEM下观察，同对比实验(悬浮液无电场、单纯超声处理0.5h)比较，团聚明显减少，分散效果显著改善。如图3(c)、3(d)所示。实施例3将原始CNTs粉体0.5g及十二烷基苯磺酸钠适量加入到100ml去离子水中，超声处理0.5h，获得CNTs悬浮液。对该悬浮液施加25V直流电场4h后，用滴管取悬浮液滴于滤纸上，干燥后在SEM下观察，团聚明显减少，分散效果显著改善。实施例4将经过酸处理的CNTs粉体0.5g加入到100ml去离子水中，超声处理0.5h，获得CNTs悬浮液。对该悬浮液施加250V直流电场2h后，用滴管取悬浮液滴于滤纸上，干燥后在扫描电子显微镜(SEM)下观察，团聚明显减少，分散效果显著改善。实施例5将经过酸处理的CNTs粉体0.5g加入到100ml去离子水中，超声处理0.5h，获得CNTs悬浮液。对该悬浮液施加500V直流电场1h后，用滴管取悬浮液滴于滤纸上，干燥后在扫描电子显微镜(SEM)下观察，团聚明显减少，分散效果显著改善。实施例6将经过酸处理的CNTs粉体0.5g加入到100ml去离子水中，超声处理0.5h，获得CNTs悬浮液。对该悬浮液施加1000V直流电场0.5h后，用滴管取悬浮液滴于滤纸上，干燥后在扫描电子显微镜(SEM)下观察，团聚明显减少，分散效果显著改善。实施例7将经过酸处理的CNTs粉体0.5g加入到100ml去离子水中，超声处理0.5h，获得CNTs悬浮液。对该悬浮液施加25V、45Hz交流电场4h后，用滴管取悬浮液滴于滤纸上，干燥后在扫描电子显微镜(SEM)下观察，团聚明显减少，分散效果显著改善。如图3(e)所示。实施例8将经过酸处理的CNTs粉体0.5g加入到100ml去离子水中，超声处理0.5h，获得CNTs悬浮液。对该悬浮液施加25V、250Hz交流电场4h后，用滴管取悬浮液滴于滤纸上，干燥后在扫描电子显微镜(SEM)下观察，团聚明显减少，分散效果显著改善。如图3(f)所示。实施例9将经过酸处理的CNTs粉体0.5g加入到100ml去离子水中，超声处理0.5h，获得CNTs悬浮液。对该悬浮液施加25V、500Hz交流电场4h后，用滴管取悬浮液滴于滤纸上，干燥后在扫描电子显微镜(SEM)下观察，团聚明显减少，分散效果显著改善。如图3(g)所示。实施例10将经过酸处理的CNTs粉体0.5g加入到100ml去离子水中，超声处理0.5h，获得CNTs悬浮液。对该悬浮液施加100V、45Hz交流电场4h后，用滴管取悬浮液滴于滤纸上，干燥后在本文档来自技高网...

【技术保护点】
电场辅助碳纳米管在液体介质中的分散方法，其特征在于，是对荷电的碳纳米管悬浮液施加电场。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱跃峰，张婵，王敬东，石磊，梁吉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]