一种低电阻率碳纳米管粉体的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种低电阻率碳纳米管粉体的制备方法。该方法为：取原始的碳纳米管在大气中进行高温氧化处理，待其充分氧化后取出，放入到酸溶液中进行酸洗浸泡处理，达到所需要求后将其洗涤至中性烘干备用。将烘干后的粉末在其表面掺杂卤族元素，洗涤至中性后烘干得到目标产物。本发明方法能够将原始的高电阻率的碳纳米管的本体电阻率降低，从而提升其本体的导电性能，并可以作为制备各种复合材料的原料。
【专利说明】
一种低电阻率碳纳米管粉体的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及碳纳米管粉体技术领域，具体涉及到一种低电阻率碳纳米管粉体的制 备方法。
【背景技术】
[0002] 碳纳米管具有优良的力学、光学、电学、耐高温、耐腐蚀、质量轻等优异性能，这使 得其可以作为一种理想的纳米添加相。其新奇的电性能已使得碳纳米管在纳米电子学中 的应用越来越受到关注，碳纳米管作为导电填料对提高基体的导电性能的作用已有大量报 道，但是基本上都没有把注意力放在提升碳纳米管原料的本体导电率的基础上，只是重点 集中在碳纳米管和基体之间的结合界面上，虽然导电性能提升但是并没有完全发挥出碳纳 米管优异的电性能。
[0003] 例如在公开号为CN 101552052A的发明专利中介绍了可以容易且高生产效率地 制造由低电阻率的碳纳米管形成的导电膜的制造方法。在溶解全氟硫酸类聚合物作为分 散剂于溶剂中的溶液分散碳纳米管，使用分散有该碳纳米管的溶液利用真空过滤法形成由 碳纳米管形成的，并且通过干燥该膜而制造由碳纳米管形成的导电膜。这种方法也仅仅限 于把碳纳米管在含有分散剂的溶剂中分散，使其在成膜过程中能够均匀搭接而提高其导电 率，并没有对碳纳米管进行预先的提升导电性能的处理而是使用原始的碳纳米管，如果能 对碳纳米管本体的电阻进行降低处理将能进一步提升导电膜的导电性能。
[0004] 在公开号为CN 103827364A中介绍了一种具有低电阻率、高模量或高热导率的碳 纳米管纤维以及通过使用纤维纺丝原液纺丝而制备该纤维的方法。将包含碳纳米管的纺丝 原液供入喷丝头中，将纺丝原液通过喷丝头中的至少一个纺丝孔压出以形成纺成碳纳米管 纤维，将纺成碳纳米管纤维在凝固介质中凝固以形成凝固的碳纳米管纤维。此专利中使用 碳纳米管纺丝原液进行湿法纺丝，而碳纳米管纺丝原液中的碳纳米管也没有经过任何的处 理工艺，其制备成的碳纳米管纤维低电阻率也仅仅是依靠碳纳米管的本体的电阻率，没有 涉及到对碳纳米管粉体进行降低其本体电阻率的处理。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对上述存在的不足，提供一种将原始的高电阻率 的碳纳米管的本体电阻率降低，从而提升其本体的导电性能，并可以作为制备各种复合材 料的原料，特别是能提升复合材料导电性能的低电阻率碳纳米管粉体的制备方法。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] -种低电阻率碳纳米管粉体的制备方法，其特征在于，包含有如下步骤：
[0008] 碳纳米管的氧化处理工艺：
[0009] 采用原始的碳纳米管，把其放入到马弗炉或者其他高温设备中进行高温氧化处 理，去除其表面的无定形碳及一些易高温挥发或分解的物质，并使得原始碳纳米管表面一 些缺陷位置重新生长闭合，得到粉体A ;
[0010] 碳纳米管的酸洗浸泡工艺：
[0011] 将经过高温氧化处理的碳纳米管按照配比和酸溶液混合，施加搅拌后取出，将其 洗涤至中性后，得到可用于后续工艺的粉体B ;
[0012] 碳纳米管掺杂工艺：
[0013] 将粉体B和能够进行掺杂卤族元素的物质进行混合，此类物质包括卤族元素（氟、 氯、溴、碘）单质或者其中几种元素的混合物质，后采取高温或者强光照射处理在封闭容器 中反应后取出，洗涤至中性烘干研磨，制备得到低电阻率的碳纳米管粉体。
[0014] 在上述方案中，所述的碳纳米管的氧化处理工艺中，高温氧化温度为100-800°C， 高温氧化时间为5_300min。
[0015] 在上述方案中，所述的碳纳米管的酸洗浸泡工艺中，酸溶液为盐酸、硫酸和硝酸的 一种或者几种的混合溶液，浓度为10% -80%，碳纳米管和酸混合的时间为3-240min，搅拌 速度为 l〇〇-l〇〇〇rpm。
[0016] 在上述方案中，所述的碳纳米管掺杂工艺中，碳纳米管与卤族物质的比例控制在 lg ：0.lml-lg ：5ml〇
[0017] 在上述方案中，所述的碳纳米管掺杂工艺中，若掺杂反应采取高温处理则其反应 温度为50-300°C，反应时间为30-720min。
[0018] 在上述方案中，所述的碳纳米管掺杂工艺中，若掺杂反应采取强光照射处理，其反 应时间为30-1440min。
[0019] 在上述方案中，所述的碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和双壁碳纳米管 中的任意一种或两种以上的任意组合，碳纳米管管径为lnm~100nm。
[0020] 本发明的有益效果在于：
[0021] (1)对碳纳米管本体进行处理能够有效的提升其本体导电率，较原始的碳纳米管 的电阻率降低50% -70%，对于充分发挥碳纳米管优异的导电性能奠定了良好的基础，其 能够作为提升复合材料导电率的优良的填充物质。
[0022] (2)经过本方法处理过的碳纳米管，由于改变了其本体结构的特性，经过大量试验 验证后，其相较于原始的碳纳米管具有更加优异的分散性能，从而解决了在制备复合材料 过程中的关键性难题。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明实施例1的方法流程图；
[0024] 图2是本发明实施例1中粉体A的SEM照片；
[0025] 图3是本发明实施例1中粉体B的SEM照片。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合【具体实施方式】，对本发明作进一步的说明：
[0027] 实施例1 :
[0028] 参见图1，该高导碳纳米管改性铝材料制备方法是这样实现的：
[0029] 步骤一参见图2,碳纳米管的氧化处理工艺：
[0030] 采用原始的管径为60nm多壁碳纳米管，把其放入到马弗炉或者其他高温设备中， 在600°C高温下氧化处理30min，去除其表面的无定形碳及一些易高温挥发或分解的物质， 并使得原始碳纳米管表面一些缺陷位置重新生长闭合，得到粉体A ;
[0031] 步骤二参见图3,碳纳米管的酸洗浸泡工艺：
[0032] 将经过高温氧化处理的多壁碳纳米管加入到浓度为36. 5%的浓盐酸中浸泡，施加 搅拌lOOrpm混合lOmin后取出，将其洗涤至中性后，得到可用于后续工艺的粉体B ;
[0033] 步骤三碳纳米管掺杂工艺：
[0034] 将粉体B和IC1进行混合，混合比例为lg :0. 1ml，后在封闭容器中200°C处理 480min后取出，洗涤至中性烘干研磨，制备得到低电阻率的多壁碳纳米管粉体。
[0035] 实施例2 :
[0036] 本实施例与实施例1的不同点在于，步骤一中所采用的碳纳米管为单壁碳纳米 管，管径为2nm。
[0037] 实施例3 :
[0038] 本实施例与实施例1的不同点在于，步骤二所采用卤族物质为碘单质。
[0039] 实施例4 :
[0040] 本实施例与实施例1的不同点在于，步骤三在经过强光处理得到的复合粉体，强 光照射时长为720min。
[0041] 实施例5:
[0042] 本实施例与实施例1的不同点在于，步骤三中粉体B和IC1混合比例为lg :1ml。
[0043] 各实施例处理碳纳米管与原始碳纳米管电阻值对比试验数据
[0045] 以上说明仅为本发明的应用实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范 围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种低电阻率碳纳米管粉体的制备方法，其特征在于，包含有如下步骤： 碳纳米管的氧化处理工艺： 采用原始的碳纳米管，把其放入到马弗炉或者其他高温设备中进行高温氧化处理，去 除其表面的无定形碳及一些易高温挥发或分解的物质，并使得原始碳纳米管表面一些缺陷 位置重新生长闭合，得到粉体A ; 碳纳米管的酸洗浸泡工艺： 将经过高温氧化处理的碳纳米管按照和酸溶液混合，施加搅拌后取出，将其洗涤至中 性后，得到可用于后续工艺的粉体B ; 碳纳米管掺杂工艺： 将粉体B和能够进行掺杂卤族元素的物质进行混合，此类物质包括卤族元素（氟、氯、 溴、碘）单质或者其中几种元素的混合物质，后采取高温或者强光照射处理在封闭容器中 反应后取出，洗涤至中性烘干研磨，制备得到低电阻率的碳纳米管粉体。2. 如权利要求1所述的低电阻率碳纳米管粉体的制备方法，其特征在于，所述的碳纳 米管的氧化处理工艺中，高温氧化温度为100_800°C，高温氧化时间为5-300min。3. 如权利要求1所述的低电阻率碳纳米管粉体的制备方法，其特征在于，所述的碳纳 米管的酸洗浸泡工艺中，酸溶液为盐酸、硫酸和硝酸的一种或者几种的混合溶液，浓度为 10% -80%，碳纳米管和酸混合的时间为3-240min，搅拌速度为100-1000rpm。4. 如权利要求1所述的低电阻率碳纳米管粉体的制备方法，其特征在于，所述的碳纳 米管掺杂工艺中，碳纳米管与卤族物质的比例控制在lg :〇. lml-lg :5ml。5. 如权利要求1所述的低电阻率碳纳米管粉体的制备方法，其特征在于，所述的 碳纳米管掺杂工艺中，若掺杂反应采取高温处理则其反应温度为50-300°C，反应时间为 30-720min〇6. 如权利要求1所述的低电阻率碳纳米管粉体的制备方法，其特征在于，所述的碳纳 米管掺杂工艺中，若掺杂反应采取强光照射处理，其反应时间为30-1440min。7. 如权利要求1所述的低电阻率碳纳米管粉体的制备方法，其特征在于，所述的碳纳 米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和双壁碳纳米管中的任意一种或两种以上的任意组 合，碳纳米管管径为lnm~100nm 〇
【文档编号】B82Y30/00GK106032271SQ201510105613
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月11日
【发明人】王利民, 高运兴, 姚辉, 何卫, 孟晓明, 黄元飞, 陈胜男
【申请人】国家电网公司, 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司, 国网山东省电力公司泰安供电公司