一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法与流程

本发明属于碳纳米管，具体涉及一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法。

背景技术：

1、碳纳米管作为一维量子材料，重量轻，为六边形结构，具有优异的力学、导热和导电性能，而随着对其研究的深入，碳纳米管更多优异的性能也被开发挖掘出来，应用更加广泛。但是碳纳米管极易发生团聚，这是由于纳米粉体的强聚效应以及纤维材料的粘结现象，团聚体的强吸附力和其长径结构使其想要均匀分散很困难。目前，碳纳米管较为常见的分散方法是将碳纳米管与分散剂一起加入溶剂中，通过球磨、超声震荡等强机械手段对碳纳米管进行分散，制备碳纳米管分散液，但是强机械式研磨法或超声波震荡会使大部分的碳纳米管发生断裂，形成长度较短的碳纳米管，碳纳米管结构被破坏，进而影响其性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法，旨在解决现有碳纳米管分散方法会严重破坏碳纳米管结构的技术问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法，其包括如下制备步骤：

4、步骤一、对碳纳米管粗品进行纯化，去除碳纳米管粗品表面以及碳纳米管和碳纳米管之间的金属杂质，过滤并干燥后，获得纯化后的碳纳米管；

5、步骤二、将溶液输送至反应腔，溶液在反应腔中高速流动并在其周边形成低压区，将纯化后的碳纳米管通入低压区中，纯化后的碳纳米管中的空气在低压区发生膨胀使碳纳米管和碳纳米管分散开，并被吸入高速流动的溶液中，最后排出反应腔，对溶液进行搅拌，获得碳纳米管分散液。

6、其中，步骤一的纯化方法为：将酸溶液输送至反应腔，酸溶液在反应腔中高速流动，高速流动的酸溶液周边形成低压区，将碳纳米管粗品通入低压区中，碳纳米管粗品中的空气在低压区发生膨胀将碳纳米管分散开，分散后的碳纳米管被吸入酸溶液中与酸溶液进行反应，最后排出反应腔，反应结束后将碳纳米管洗涤至中性后过滤，冷冻干燥获得纯化后的碳纳米管。

7、其中，步骤二中的溶液包括分散剂和溶剂。

8、其中，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸类高分子聚合物、聚醚类高分子聚合物、聚氨酯类高分子聚合物中的至少一种。

9、其中，所述溶剂为水或nmp。

10、其中，步骤二中，碳纳米管、分散剂和溶剂的质量比为8-15：0.1-1:84-91.9。

11、其中，所述反应腔中的溶液流动速度为10m/s-20m/s。

12、其中，所述低压区的气压为-0.01mpa～-0.06mpa。

13、其中，所述酸溶液为盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、氢氟酸溶液中的至少一种。

14、其中，所述酸溶液的浓度为10％-15％，所述碳纳米管粗品和酸溶液的质量比为1:50-100。

15、本发明的有益效果：

16、本发明利用高速流动的流体附近会产生低气压及吸附作用的原理，步骤二中，先将溶液输送至反应腔中，使溶液在反应腔中高速流动，高速流动的溶液周边形成低压区或负压区，再将纯化后的碳纳米管通入低压区中，由于碳纳米管粉体中含有空气，在低压区中，碳纳米管粉体中的空气发生膨胀，使碳纳米管和碳纳米管之间相互分离，碳纳米管和碳纳米管发生解聚，实现对碳纳米管粉体的分散，之后碳纳米管被吸附至流动的溶液中与溶液进行混合，溶液包覆碳纳米管并浸润碳纳米管，一同排出反应腔，由于反应腔外部的压力大于反应腔内部的压力，在溶液排出反应腔时，溶液在压力的作用下进一步被挤进碳纳米管之间的间隙中，进一步提高碳纳米管分散效果，后续经过简单的机械搅拌即可获得均匀分散的碳纳米管分散液。

17、本申请在对碳纳米管进行分散之前，先对碳纳米管粗品进行纯化处理，由于未经纯化的碳纳米管和碳纳米管之间存在金属杂质，通过先对碳纳米管粗品进行纯化，可以将碳纳米管粗品表面以及处于碳纳米管团聚体间隙中的金属杂质去除掉，使碳纳米管和碳纳米管之间的间隙变大，碳纳米管和碳纳米管之间存在更多的空气，使碳纳米管粉体在低压区可以更大程度的发生膨胀，增大膨胀后的碳纳米管和碳纳米管之间的间隙，有利于提高碳纳米管的分散效果。

18、本申请的分散方法，可以通过持续不断的通入溶液和待分散的碳纳米管粉体对碳纳米管进行分散，分散效率高，且分散效果好，不需要采用高强度的机械研磨手段对碳纳米管进行研磨，可以尽量保持碳纳米管原有的长径比，有利于保持碳纳米管的导电性能和力学性能。

技术特征：

1.一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

2.根据权利要求1所述一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法，其特征在于，步骤一的纯化方法为：将酸溶液输送至反应腔，酸溶液在反应腔中高速流动，高速流动的酸溶液周边形成低压区，将碳纳米管粗品通入低压区中，碳纳米管粗品中的空气在低压区发生膨胀将碳纳米管分散开，分散后的碳纳米管被吸入酸溶液中与酸溶液进行反应，最后排出反应腔，反应结束后将碳纳米管洗涤至中性后过滤，冷冻干燥获得纯化后的碳纳米管。

3.根据权利要求1所述一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法，其特征在于，步骤二中的溶液包括分散剂和溶剂。

4.根据权利要求3所述一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸类高分子聚合物、聚醚类高分子聚合物、聚氨酯类高分子聚合物中的至少一种。

5.根据权利要求3所述一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法，其特征在于，所述溶剂为水或nmp。

6.根据权利要求3所述一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法，其特征在于，步骤二中，碳纳米管、分散剂和溶剂的质量比为8-15：0.1-1:84-91.9。

7.根据权利要求1或2所述一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法，其特征在于，所述反应腔中的溶液流动速度为10m/s-20m/s。

8.根据权利要求1或2所述一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法，其特征在于，所述低压区的气压为-0.01mpa～-0.06mpa。

9.根据权利要求2所述一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法，其特征在于，所述酸溶液为盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、氢氟酸溶液中的至少一种。

10.根据权利要求2所述一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法，其特征在于，所述酸溶液的浓度为10％-15％，所述碳纳米管粗品和酸溶液的质量比为1:50-100。

技术总结
本发明属于碳纳米管技术领域，具体涉及一种低压自膨胀制备碳纳米管分散液的方法，步骤一、对碳纳米管粗品进行纯化，去除碳纳米管粗品表面以及碳纳米管和碳纳米管之间的金属杂质，过滤并干燥后，获得纯化后的碳纳米管；步骤二、将溶液输送至反应腔，溶液在反应腔中高速流动并在其周边形成低压区，将纯化后的碳纳米管通入低压区中，纯化后的碳纳米管中的空气在低压区发生膨胀使碳纳米管和碳纳米管分散开，并被吸入高速流动的溶液中，最后排出反应腔，对溶液进行搅拌，获得碳纳米管分散液。本申请的分散方法分散效果好，分散效率高，且不破坏碳纳米管的结构。

技术研发人员：李忻达,李子轩,马腾瑞,黄少真,王东锋
受保护的技术使用者：深圳市飞墨科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16