一种导电碳纳米管的制备方法与流程

本发明涉及导电新材料合成方法领域，尤其是一种导电碳纳米管的制备方法。
背景技术：
：碳纳米管(carbonnanotubes，简称cnts)是一种具有特殊结构的一维量子材料，它的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米，管的两端一般都封口，相互连接的碳原子层卷曲而成的管状结构，直径从一纳米到几十纳米不等，长度最长可达数厘米，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。由于其具有较大的长径比，优异的力学、电学、磁学、热力学性能以及广泛的应用前景，长期吸引了大量研究人员的目光，这些突出的特征使得碳纳米管可以适用多种实际应用场合，其中，利用碳纳米管作为导电材料、电极材料已成为清洁能源领域的研究焦点。目前，国内外大量专利和文献报道的常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、化学气相沉积法、激光蒸发法、模版法等。如何制备纯度较高、结构缺陷少的碳纳米管是对其进行深入研究应用的前提条件，如何获得操作易控、生产成本低、原料利用率高、结构缺陷少、纯度高的制备方法还需进一步深入研究；在生产制备中部分碳原子的缺失使得制得的碳纳米管含有较多的缺陷，使其导电性降低，进而限制了其在对碳纳米管质量要求较高的领域中的应用。但现有的制备方法其过程依然较为繁琐且耗时久，此外所制备出的碳纳米管的导电性依然不佳，难以满足导电行业、电极导电行业、透光率高的导电行业等领域的要求。技术实现要素：针对现有的技术中的缺陷，提供一种导电碳纳米管的制备方法。本发明通过下述方案实现：一种导电碳纳米管的制备方法，该制备方法包括以下步骤：s1、称取催化剂溶于有机碳源中，静置石英玻璃片20h以上，推入管式炉反应器中；s2、室温下通入n2排除管式炉反应器内的空气，继续通入n2，加热使炉温由室温升至裂解温度，当炉温上升到裂解温度后，开始通入h2，反应数小时，停止通入h2，调小n2流量，使的反应在氮气保护气氛中冷却至100℃，将样品从石英片刮下，即得所要的导电碳纳米管。所述催化剂为商品化的fe/co，fe/ni，fe/cu，ni/ag中的至少一种。所述有机碳源为邻二甲苯、对二甲苯、甲苯中的至少一种。所述反应开始通入的h2的流量为200-300ml/min，反应过程中通入的n2流量500-800ml/min。在15-24h之内将管式炉反应器的炉温由室温升至裂解温度。所述反应时间为3-5小时。所述导电碳纳米管的方阻值不超过100mω/□。本发明的有益效果为：本发明一种导电碳纳米管的制备方法通过催化剂气氛还原法制备碳纳米管，采用氢气作为还原剂，无毒，健康环保，且可减少还原过程中含氧官能团残留；还原过程中加入催化剂，能进一步减少能团的缺失，使得碳纳米管含有较多的导电基团，导电性能优异；本发明所述制备方法快速简便，可大大减少碳纳米管的生产成本以及提高生产效率，适用于工业化生产碳纳米管。附图说明图1为本申请一种导电碳纳米管的制备方法制备的碳纳米管的透射电子显微镜图；图2为本申请一种导电碳纳米管的制备方法制备的碳纳米管的透射电子显微镜图放大的图。具体实施方式下面对本发明优选的实施例进一步说明：一种导电碳纳米管的制备方法，该制备方法包括以下步骤：s1、称取催化剂溶于有机碳源中，静置石英玻璃片20h以上，推入管式炉反应器中；s2、室温下通入n2排除管式炉反应器内的空气，继续通入n2，加热使炉温由室温升至裂解温度，当炉温上升到裂解温度后，开始通入h2，反应数小时，停止通入h2，调小n2流量，使的反应在氮气保护气氛中冷却至100℃，将样品从石英片刮下，即得所要的导电碳纳米管。所述催化剂为商品化的fe/co，fe/ni，fe/cu，ni/ag中的至少一种。所述有机碳源为邻二甲苯、对二甲苯、甲苯中的至少一种。所述反应开始通入的h2的流量为200-300ml/min，反应过程中通入的n2流量500-800ml/min。在15-24h之内将管式炉反应器的炉温由室温升至裂解温度。所述反应时间为3-5小时。所述导电碳纳米管的方阻值不超过100mω/□。其中，在实际应用中，所述催化剂、有机碳源质量比为：(1-2):(20-50)。本发明通过催化剂气氛还原法并控制碳源与催化剂配比、还原气氛围控制实现了碳纳米管的制备。该制备过程碳纳米管在水中的分散性较好，易于实现对碳纳米管的改性及功能化；制备过程中适当的催化剂的存在还进一步减少了还原过程中碳原子的缺失，进一步改善了碳纳米管的导电性能。本发明所述制备方法快速简便，可大大减少碳纳米管的生产成本以及提高生产效率，适用于工业化生产碳纳米管。下面结合具体的实施例对本申请做进一步阐述。实施例1一种导电性碳纳米管，其制备过程如下：s1、将2gfe/co和25g邻二甲苯混合，静置石英玻璃片20h，推入管式炉反应器中；s2、室温下通入n2排除反应系统内的空气，通入500ml/minn2。15h内使炉温由室温升至裂解温度，当炉温上升到裂解温度后于，开始通入200ml/min流量的h2，反应5h，停止通入h2，调小氮气流量，使的反应在氮气保护气氛中冷却至100℃，取出样品，将其从石英片刮下，即得所要的样品。实施例2一种导电性碳纳米管，其制备过程如下：s1、将1.5gfe/ni和28g邻二甲苯混合，静置石英玻璃片25h，推入管式炉反应器中；s2、室温下通入n2排除反应系统内的空气，通入500ml/minn2。15h内使炉温由室温升至裂解温度，当炉温上升到裂解温度后于，开始通入200ml/min流量的h2，反应5h，停止通入h2，调小氮气流量，使的反应在氮气保护气氛中冷却至100℃，取出样品，将其从石英片刮下，即得所要的样品。实施例3一种导电性碳纳米管，其制备方法过程如下：s1、将1.5gfe/ni和28g对二甲苯混合，静置石英玻璃片25h，推入管式炉反应器中；s2、室温下通入n2排除反应系统内的空气，通入500ml/minn2。15h内使炉温由室温升至裂解温度，当炉温上升到裂解温度后于，开始通入300ml/min流量的h2，反应5h，停止通入h2，调小氮气流量，使的反应在氮气保护气氛中冷却至100℃，取出样品，将其从石英片刮下，即得所要的样品。实施例4一种导电性碳纳米管，其制备方法过程如下：s1、将1.8gfe/cu和30g对二甲苯混合，静置石英玻璃片25h，推入管式炉反应器中；s2、室温下通入n2排除反应系统内的空气，通入500ml/minn2。15h内使炉温由室温升至裂解温度，当炉温上升到裂解温度后于，开始通入300ml/min流量的h2，反应5h，停止通入h2，调小氮气流量，使的反应在氮气保护气氛中冷却至100℃，取出样品，将其从石英片刮下，即得所要的样品。实施例5一种导电性碳纳米管，其制备方法过程如下：s1、将1.5gfe/ni和28g甲苯混合，静置石英玻璃片25h，推入管式炉反应器中；s2、室温下通入n2排除反应系统内的空气，通入500ml/minn2。15h内使炉温由室温升至裂解温度，当炉温上升到裂解温度后于，开始通入300ml/min流量的h2，反应5h，停止通入h2，调小氮气流量，使的反应在氮气保护气氛中冷却至100℃，取出样品，将其从石英片刮下，即得所要的样品。实施例6一种导电性碳纳米管，其制备方法过程如下：s1、将1.9gni/ag和28g甲苯混合，静置石英玻璃片30h，推入管式炉反应器中；s2、室温下通入n2排除反应系统内的空气，通入500ml/minn2。15h内使炉温由室温升至裂解温度，当炉温上升到裂解温度后于，开始通入300ml/min流量的h2，反应5h，停止通入h2，调小氮气流量，使的反应在氮气保护气氛中冷却至100℃，取出样品，将其从石英片刮下，即得所要的样品。实施例7一种导电性碳纳米管，其制备方法过程如下：s1、将1.8gni/ag和30g对二甲苯混合，静置石英玻璃片25h，推入管式炉反应器中；s2、室温下通入n2排除反应系统内的空气，通入500ml/minn2。15h内使炉温由室温升至裂解温度，当炉温上升到裂解温度后于，开始通入300ml/min流量的h2，反应5h，停止通入h2，调小氮气流量，使的反应在氮气保护气氛中冷却至100℃，取出样品，将其从石英片刮下，即得所要的样品。实施例8一种导电性碳纳米管，其制备方法过程如下：s1、将1.8gfe/co和30g对二甲苯混合，静置石英玻璃片25h，推入管式炉反应器中；s2、室温下通入n2排除反应系统内的空气，通入500ml/minn2。15h内使炉温由室温升至裂解温度，当炉温上升到裂解温度后于，开始通入200ml/min流量的h2，反应5h，停止通入h2，调小氮气流量，使的反应在氮气保护气氛中冷却至100℃，取出样品，将其从石英片刮下，即得所要的样品。实施例9一种导电性碳纳米管，其制备方法过程如下：s1、将1.8gfe/cu和30g对二甲苯混合，静置石英玻璃片25h，推入管式炉反应器中；s2、室温下通入n2排除反应系统内的空气，通入500ml/minn2。15h内使炉温由室温升至裂解温度，当炉温上升到裂解温度后于，开始通入300ml/min流量的h2，反应5h，停止通入h2，调小氮气流量，使的反应在氮气保护气氛中冷却至100℃，取出样品，将其从石英片刮下，即得所要的样品。实施例10一种导电性碳纳米管，其制备方法过程如下：s1、将1.8gfe/cu和30g领二甲苯混合，静置石英玻璃片25h，推入管式炉反应器中；s2、室温下通入n2排除反应系统内的空气，通入500ml/minn2。20h内使炉温由室温升至裂解温度，当炉温上升到裂解温度后于，开始通入300ml/min流量的h2，反应5h，停止通入h2，调小氮气流量，使的反应在氮气保护气氛中冷却至100℃，取出样品，将其从石英片刮下，即得所要的样品。本发明对实施例1制备的一种导电性碳纳米管进行了透射电子显微镜检测，实施例1所制备的碳纳米管的透射电子显微镜图如图1，图2位放大的高倍投射电镜图所示。由图1和图可知，实施例1制备得到的碳纳米管长为大小为1.0-1.2微米，管径为30-40nm。参考国标gb/t1410-2006对实施例1-10一种导电性碳纳米管的导电性能进行测试，测量其方阻值，测量结果见表1。表1碳纳米管导电性能测试结果检测项目方阻(mω/□)实施例180.2实施例285.6实施例398.3实施例488.6实施例585.4实施例685.0实施例790.6实施例885.9实施例989.8实施例1095.6从实施例1-10可知，本发明所制备的导电性碳纳米管导电性优异，其方阻均低于100mω/□。本发明通过催化剂气氛还原法制备碳纳米管，采用氢气作为还原剂，无毒，健康环保，且可减少还原过程中含氧官能团残留；还原过程中加入催化剂，能进一步减少能团的缺失，使得碳纳米管含有较多的导电基团，导电性能优异；本发明所述制备方法快速简便，可大大减少碳纳米管的生产成本以及提高生产效率，适用于工业化生产碳纳米管。尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。当前第1页12