表面复合碳纳米材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及纳米材料技术领域，特别是设及一种表面复合碳纳米材料及其制备方 法和应用。
【背景技术】
[0002] W碳纳米管、碳纳米纤维、石墨締和碳纳米角为代表碳纳米材料具有优异导电、导 热性能。它们抗张强度能达到钢的100倍，硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔初性。它们 化学性质稳定，可作为阻燃材料。具备该些优良的性质同时，它的密度只有钢的1/6。正因 为如此，碳纳米材料愈发受到人们关注，正愈发广泛的应用于生活的各个领域。碳纳米材料 的应用通常是W复合材料的方式应用的。而表面复合，是制备碳纳米复合材料的一种方式， 正逐渐占据重要地位。因为通常物理和化学反应的是发生在表面，在材料的许多应用领域 都是应用材料的表面性质。
[0003] 在一些领域碳纳米材料的表面复合通常比体复合更为经济，相对于体复合方式， 表面复合方式需要消耗更少的碳纳米材料，工艺过程通常消耗的能量也更少。目前，采用表 面复合碳纳米材料的方式主要采用加粘合剂粘合、自组装、预制自支撑结构的方式。例如发 明专利CN102741165A公开了一种将石墨締和粘合剂混合涂覆在塑料制品表面而获得石墨 締复合材料的方法。此种方式需要引入额外的粘合剂物质，影响复合材料的最终性能，并且 通过粘合剂粘合还存在脱落的问题。发明专利CN102463715A报道了一种微波加热的表面 复合方式，但其需要预先制备一碳纳米管结构，工艺较为复杂，适用材料有限，批量化制造 较为麻烦。发明专利CN103073192A公开了采用水玻璃混合CNT/CNF浆料涂布在玻璃表面， 经过打磨，湿法刻蚀，成功将CNT/CNF植入玻璃表面。发明专利CN102584334A公开了一种 采用自组装的方式在娃表面制备一层石墨締复合薄膜，此方式需要经过较为复杂的表面处 理过程。而发明专利CN101012106A则公开了一种在玻璃表面自组装制备碳纳米管复合膜 的方法，同样有一个较为复杂和表面改性过程。发明专利CN103333621A公开了一种通过通 电加热碳纳米纸的方式使其与热烙性基材复合而制得复合材料的方法，碳纳米纸就是用碳 纳米材料制成的纸，此同样需要先将碳纳米粉末状材料先预制成一结构一一碳纳米纸。
【发明内容】
[0004] 基于此，本发明的目的是提供一种工艺简便，便于批量化制造的表面复合碳纳米 材料的方法。
[0005] 具体的技术方案如下：
[0006] 一种表面复合碳纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007] A.将碳纳米材料铺设于一面板上；
[0008] B.所述面板对所述碳纳米材料进行加热，使所述碳纳米材料保持一定温度；
[0009] C.至少一热烙性基材表面与所述碳纳米材料接触，并施加一定压力；
[0010] D.所述热烙性基材表面脱离所述面板。
[0011] 在其中一个实施例中，所述碳纳米材料为粉末状，且选自碳纳米管（直 径1-lOOnm)、碳纳米纤维（100-300nm)、石墨締（厚度0. 335nm-5nm)和碳纳米角 (60nm-100nm)中的一种或者几种混合。
[0012] 在其中一个实施例中，所述面板的形状为平面或曲面，且能提供热源。
[0013] 在其中一个实施例中，B步骤中，所述温度为等于或大于热烙性基材的烙点或者软 化点。
[0014] 在其中一个实施例中，C步骤中，所述压力的范围为100Pa-20MPa。
[0015] 在其中一个实施例中，所述热烙性基材材质为热塑性塑料（可选自：聚四氣己締、 聚丙締、聚碳酸醋、PMMA、巧龙、聚己締、聚酷胺）、玻璃或金属（金属可选自侣）。
[0016] 在其中一个实施例中，所述热烙性基材的形状为片状或块体状。
[0017] 在其中一个实施例中，该表面复合碳纳米材料的制备方法的实施环境为大气环境 或者真空环境或者惰性气体环境。
[0018] 本发明的另一目的是提供一种表面复合碳纳米材料。
[0019] 具体的技术方案如下：
[0020] 上述方法制备得到的表面复合碳纳米材料。
[0021] 本发明的另一目的是提供一种上述表面复合碳纳米材料的应用。
[0022] 具体的技术方案如下：
[0023] 上述表面复合碳纳米材料在电极、阻燃材料、耐磨损材料、电磁屏蔽与吸收材料中 的应用。
[0024] 本发明的有益效果如下；
[0025] 本发明公开的一种表面复合碳纳米材料的制备方法的原理是；先将需要复合的碳 纳米材料加热到合适温度，然后将基材表面快速接触碳纳米材料，并适当加压，基材接触到 高温的碳纳米材料，在接触处发生烙化或软化，在压力的作用下，碳纳米材料和基材烙合， 脱离降温后，即获得碳纳米表面复合材料。
[0026] 本发明提供的表面复合碳纳米材料的方法，工艺简便，无需增加前面的预制步骤， 无需粘合剂，可适用于热塑性塑料、玻璃、金属材质的表面复合，便于批量化。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明中表面复合碳纳米材料的制备方法步骤流程图；
[002引图2为本发明中一实施例表面复合碳纳米材料的制备方法示意图（1、加热面板； 2、铺设的碳纳米材料；3、热烙性基材）；
[0029] 图3为本发明中一实施例采用连续方式的表面复合碳纳米材料的方式示意图（图 中；1、加热面板；2、碳纳米材料连续加料口；3、热烙性基材；4、加压漉）；
[0030] 图4为实施例2制备得到表面复合碳纳米材料应用于光化学电池电极，在AM1. 5 模拟光下测量电池光电性能图；
[0031] 图5为实施例3电解实验测试结果图；
[003引图6为实施例4制备得到的表面复合碳纳米材料在2-18GHZ波段吸波性能曲线 图；
[0033] 图7为实施例5制备得到的表面复合碳纳米材料的电磁屏蔽效能曲线图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图与实施例对本发明一种表面复合碳纳米材料的方法作进一步的说 明。
[0035] 本发明公开一种表面复合碳纳米材料的方法（步骤流程图如图1所示），所述表面 复合碳纳米材料的方法，包括：
[0036] A.将碳纳米材料至少铺设于一面板上；
[0037] B.所述面板对所述碳纳米材料进行加热，使所述碳纳米材料保持一定温度；
[003引C.至少一热烙性基材表面与所述碳纳米材料接触，并施加一定压力；
[0039] D.所述热烙性基材表面脱离所述面板。
[0040] 所述碳纳米材料宏观为粉末状，具体为碳纳米管、碳纳米纤维、石墨締和碳纳米角 中的一种或者混合。
[0041] 所述面板为能提供热源的平面或曲面。
[0042] 所述B步骤中，温度为等于或大于热烙性基材烙点或者软化温度。
[0043] 所述热烙性基材材质为热塑性塑料、玻璃、金属。
[0044] 所述热烙性基材性状为片状或块体状。
[0045] 所述表面复合碳纳米材料的方法的实施环境为大气环境或者真空环境或者惰性 气体环境。
[0046] 所述表面复合碳纳米材料的方法制备的复合材料可应用于电极、阻燃材料、耐磨 损材料、电磁屏蔽与吸收。
[0047] 本发明公开的一种表面复合碳纳米材料的方法的原理是：先将需要复合的碳纳米 材料加热到合适温度，然后将基材表面快速接触碳纳米材料，并适当加压，基材接触到高温 的碳纳米材料，在接触处发生烙化或软化，在压力的作用下，碳纳米材料和基材烙合，脱离 降温后，即获得碳纳米表面复合材料。
[004引实施例1
[0049] 本实施例一种表面复合碳纳米材料的方法，包括如下步骤（如图2所示）：
[0化0]A.在氮气保护下，将碳纳米管（碳纳米管的尺寸为直径为5-30nm)均匀铺设于加 热面板上；
[0化1]B.所述面板对所述碳纳米管进行加热，使碳纳米管温度保持在660°C;
[0化2]C.将侣锭一平面迅速接触在碳纳米管上，施加20MPa的压力，保持Is;
[0化3] D.侣锭脱离加热面板，冷却，即在侣锭一表面复合了一层碳纳米管（碳纳米管层 的渗透厚度为600ym)。
[0054] 该表面复合碳纳米材料可应用于导电耐磨滑块。
[0055] 将上述方法制备得到的表面复合碳纳米材料（复合有一层碳纳米管的侣锭）制成 直径为30mm，厚度为3mm的圆盘形试样，其中一面为碳纳米渗透层。将此试样安置于球盘式 摩擦磨损试验仪上进行实验，含有碳纳米渗透层的为实验面，载荷为1N，采用称重法测量磨 损率。结果如下表所示；
[0化6]
【主权项】
1. 一种表面复合碳纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： A. 将碳纳米材料铺设于一面板上； B. 所述面板对所述碳纳米材料进行加热，使所述碳纳米材料保持一定温度； C. 至少一热恪性基材表面与所述碳纳米材料接触，并施加一定压力； D. 所述热熔性基材表面脱离所述面板。
2. 根据权利要求1所述的表面复合碳纳米材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米 材料为粉末状，且选自碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯和碳纳米角中的一种或者几种混合。
3. 根据权利要求1所述的表面复合碳纳米材料的制备方法，其特征在于，所述面板的 形状为平面或曲面，且能提供热源。
4. 根据权利要求1所述的表面复合碳纳米材料的制备方法，其特征在于，B步骤中，所 述温度为等于或大于热熔性基材的熔点或者软化点。
5. 根据权利要求1所述的表面复合碳纳米材料的制备方法，其特征在于，C步骤中，所 述压力的范围为IOOPa~20MPa。
6. 根据权利要求1所述的表面复合碳纳米材料的制备方法，其特征在于，所述热熔性 基材材质为热塑性塑料、玻璃或金属。
7. 根据权利要求1所述的表面复合碳纳米材料的制备方法，其特征在于，所述热熔性 基材的形状为片状或块体状。
8. 根据权利要求1所述的表面复合碳纳米材料的制备方法，其特征在于，该表面复合 碳纳米材料的制备方法的实施环境为大气环境或者真空环境或者惰性气体环境。
9. 权利要求1-8任一项制备方法制备得到的表面复合碳纳米材料。
10. 权利要求9所述的表面复合碳纳米材料在电极、阻燃材料、耐磨损材料、电磁屏蔽 与吸收材料中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种表面复合碳纳米材料的方法。先将需要复合的碳纳米材料加热到合适温度，然后将基材表面快速接触碳纳米材料，并适当加压，基材接触到高温的碳纳米材料，在接触处发生熔化或软化，在压力的作用下，碳纳米材料和基材熔合，脱离降温后，即获得碳纳米表面复合材料。本发明方法工艺简便，可适用于热塑性塑料、玻璃、金属材质的表面复合，便于批量化。
【IPC分类】C08L27-18, C08L23-12, C03C17-23, C08L69-00, C23C24-10, C08J7-06
【公开号】CN104725655
【申请号】CN201510151535
【发明人】肖辉, 刘铸
【申请人】昆明纳太能源科技有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月1日
【公告号】CN103991266A