本发明是一种高导热纳米碳纤维制备方法，属于导热材料制备技术领域。
背景技术：
二十一世纪以来，随着科学技术的高速发展，研发高效热传导材料成为了热管理领域的关键性问题。传统的导热材料一般为铝、铜、银等高导热金属材料，它们的导热率分别可达190、390、417w/(m·k)，但传统导热材料密度大、比导热率低、热膨胀系数高、易腐蚀、不耐高温、热机械性能差，已经很难满足对导热材料日益增长的要求。为了克服这些缺陷，许多学者将目光转向强度高、模量高、导电导热性能强、密度低、耐腐蚀性能好的的碳材料，并利用碳材料优异的导热性能和耐高温性能研发出了许多新型高导热材料，包括纳米碳纤维、碳纳米管、石墨烯等。这些材料具有高导热率、低密度、低热膨胀系数、化学稳定性好、耐腐蚀、耐热冲击等优异性能，是一类在电子、能源、通信、航空航天等领域具有广阔应用前景的高导热材料。
碳材料属于非金属晶体材料，其导热主要通过晶格的振动，即晶格波(声子)通过晶体结构基元(原子)的相互制约和相互谐调的振动来实现热量的传导。室温热导率大于300w/(m·k)的碳材料就是高导热碳基功能材料，纳米碳纤维就是高导热碳基功能材料中具有代表性的一种，纳米碳纤维具有较高的强度和杨氏模量，较好的导电、导热及热稳定性以及极好的表面尺寸效应等。由于纳米碳纤维独特的细长结构，其热传导性在平行于轴线与垂直于轴线方向上表现出很大的不同，平行于轴线方向的热传导性可以与具有较高的热传导率的金刚石相媲美，而垂直于轴线方向上，热传导率又非常小。也正由于热传导率在两个方向上的明显差异，研究者们可以通过适当地排列纳米碳纤维获得良好的各向异性热传导材料。
此外，由于前驱体原料和制备工艺不同，纳米碳纤维的热导率也会存在较大差异，其中气相生长纳米碳纤维最高，为1950w/(m·k)，中间相沥青基纳米碳纤维次之(都远远高于金属铜的热导率)，聚丙烯腈基纳米碳纤维的热导率最低。气相生长纳米碳纤维是在过渡金属，如铁、镍或它们的合金的催化作用下，由低碳氢化合物在氢气做载气的情况下高温裂解生成的具有高比强度、高比模量、高结晶取向度、高导电、导热等性能的新型碳材料，其优异的导热性能使得目前许多学者倾向于选择制备气相生长纳米碳纤维作为高导热材料。
近几年，研究者们主要通过将铝、铜、银等高导热金属材料作为导热材料、对碳纤维进行表面修饰等方法来制备导热材料，但传统导热材料密度大、比导热率低、热膨胀系数高、易腐蚀、不耐高温、热机械性能差，作为导热材料损坏较快。虽对碳纤维表面修饰的研究较多，但对导热性能也较好的纳米碳纤维的研究却较少。近年来，科技进步对导热材料性能提出了更高的要求，因此，如何制备高导热纳米碳纤维也成为关注的重点问题之一。对纳米碳纤维改性时，所有导热系数较高的固体纳米颗粒，如金属及其氧化物都可用于修饰纳米碳纤维，以提高气相生长纳米碳纤维导热性能，制备高导热纳米碳纤维。
因此，本发明根据碳材料优异的导热性能，选定气相流动生长法制备导热性能较好的纳米碳纤维，充分利用金属氧化物al2o3的修饰作用，使气相生长纳米碳纤维的导热性能进一步提高，能更好满足对导热材料日益增长的要求，更好应用于电子、能源、通信、航空航天等领域。
技术实现要素：
(1)技术问题
本发明目的是提供一种高导热纳米碳纤维制备方法，解决目前传统纳米碳纤维存在的导热性较差、密度大、比导热率低、热膨胀系数高、热力学性能差，易腐蚀、耐高温性差等问题，从而制备出高导热纳米碳纤维，提高纳米碳纤维的导热性、耐久性、高温稳定性等。
(2)技术方案
为了解决目前传统纳米碳纤维存在的导热性较差、密度大、比导热率低、热膨胀系数高、易腐蚀、耐高温性差等问题。本发明首先通过比较，选用气相流动生长法制备纳米碳纤维，然后利用al2o3修饰得到的气相生长纳米碳纤维，进一步提高其导热性能，提供一种高导热纳米碳纤维制备方法。本发明技术方案如下：采用有机物催化热解法制得气相生长纳米碳纤维，然后利用h2o2溶液、hno3溶液对气相生长纳米碳纤维进行表面氧化改性，最后利用al2o3修饰氧化改性后的气相生长纳米碳纤维，并选用热重分析法分析测定其热导率，以确定alcl3的最佳掺量，确保纤维表面有适量的al2o3修饰，进一步提高气相生长纳米碳纤维的导热性能，满足对导热材料日益增长的要求。
(3)有益效果
近年来，随着科学技术的高速发展，研发高效热传导材料成为世界各国争相发展的方向之一。传统的导热材料一般为铝、铜、银等高导热金属材料，但传统导热材料密度大、比导热率低、热膨胀系数高、易腐蚀、不耐高温，热力学性能差，已经很难满足对导热材料日益增长的要求。为了克服这些问题，许多学者开始着力研究强度高、导电导热性能强、密度低、耐腐蚀性能好的的碳材料，并研发出了许多新型高导热材料，包括纳米碳纤维、碳纳米管、石墨烯等，其中对碳纳米管的研究很多，但对于高导热纳米碳纤维的研究却较少。本发明提供一种高导热纳米碳纤维制备方法，根据导热性能确定alcl3的最佳掺量，制备出的al2o3修饰的气相生长纳米碳纤维导热性能得到进一步提高，能更好满足对导热材料日益增长的要求，更好应用于电子、能源、通信、航空航天等领域。
具体实施方式
本发明提供一种高导热纳米碳纤维制备方法，具体实施步骤如下：
(1)采用有机物催化热解法，以苯为碳源，以二茂铁为催化剂前躯体，以氢气为载气，含硫有机化合物噻吩为生长促进剂，在1150℃～1180℃下催化生长纳米碳纤维，反应结束后，在氢气保护下降温到200℃时，将产物取出；
(2)将1克气相生长纳米碳纤维加入到盛有400毫升h2o2溶液的圆底烧瓶中，利用磁力搅拌器持续搅拌10分钟，并在100℃的水浴锅条件下反应3小时，充分反应结束后取出过滤并用去离子水清洗；
(3)再将所制得的气相生长纳米碳纤维加入到盛有400毫升hno3溶液的圆底烧瓶中，利用磁力搅拌器持续搅拌10分钟，并在108℃油浴锅中反应6小时，反应结束后取出过滤，并用去离子水清洗3次，干燥得到气相生长纳米碳纤维；
(4)取0.5克制得的气相生长纳米碳纤维，加入500毫升乙醇溶液中，并搅拌均匀，再加入适量alcl3粉末，置于100℃的水浴锅中加热，并持续搅拌，用重铬酸钾比色法确认乙醇完全挥发后得到al2o3修饰的气相生长纳米碳纤维；
(5)选用热重分析法测定al2o3修饰的气相生长纳米碳纤维，分析得到纳米碳纤维导热率，经反复试验，调整alcl3粉末的掺量，使制得的al2o3修饰的气相生长纳米碳纤维导热率较高，确定alcl3粉末的最佳掺量，用于制备高导热率纳米碳纤维，更好地满足纳米碳纤维高导热使用要求。