[发明专利]基于电泳沉积纳米聚合物复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米材料技术领域的方法，具体是一种基于电泳沉积纳米聚合物复合材料的制备方法。

背景技术

自从1991年日本科学家Iijima发现碳纳米管以来，碳纳米管以其优异的力学、热学、磁学和电学性能已成为人们研究的热点。在过去的二十年里以碳纳米管/碳纳米纤维作为改性材料的复合材料有了大量研究，如金属基碳纳米管/碳纳米纤维复合材料、聚合物基碳纳米管/碳纳米纤维复合材料。通过复合电镀的方法可以制备金属基碳纳米管/碳纳米纤维复合材料，随着碳纳米管/碳纳米纤维的加入复合材料的力学性能有了明显的改进。

目前关于碳纳米管/碳纳米纤维聚合物复合材料的研究主要集中在以碳纳米管/碳纳米纤维改善复合材料的力学、电学性能以及以复合材料作为传感材料。由于碳纳米管/碳纳米纤维具有优良的力学性能，采用碳纳米管/碳纳米纤维作为填充材料，复合材料的力学性能(如抗拉强度、冲击韧性、老化强度等)可以得到相当程度的改进，热稳定性、硬度均大大提高。碳纳米管/碳纳米纤维具有高导电性和高的长径比，加入少量碳纳米管/碳纳米纤维即可大幅度提高材料的导电性，在聚合物导电复合材料、防静电材料和电磁屏蔽材料领域具有巨大的应用潜力。因此制备碳纳米管/碳纳米纤维聚合物复合材料拥有非常诱人的应用前景，目前主要是采用熔融共混法，溶液共混法，原位聚合法等制备碳纳米管/碳纳米纤维聚合物复合材料，所制备的复合材料力学、热学、电学性能等发生了显著的变化。

电泳是带电荷的粒子或分子在外加电场中移动的现象，电泳沉积具有涂层丰满、均匀、平整、光滑的优点，电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优于其它涂装工艺。在导电的基体上电泳沉积碳纳米管/碳纳米纤维是一种有效的制备碳纳米管/碳纳米纤维薄膜的方法，在稳定的溶剂中均匀分散碳纳米管/碳纳米纤维是电泳沉积碳纳米管/碳纳米纤维的关键，它能在形状复杂的基底上沉积薄膜，所制备的薄膜均匀致密与基底结合良好，目前已用于场发射器件、燃料电池、超级电容器等。Samsung公司的W.B.Choi等(W.B.Choi，etl.Electrophoresis deposition of carbon nanotubes for triode-type field emission display[J].APPLIED PHYSICS LETTERS，2001，78：1547-1549.)采用电泳沉积碳纳米管为场发射三电极显示器，制备方法简单可靠场发射效果优良。

电泳沉积碳纳米管/碳纳米纤维方面，目前国内外的研究中主要集中在沉积单一碳纳米管/碳纳米纤维薄膜材料以制备功能性薄膜，如应用于场发射器件、超级电容器和气体传感器等。由于电泳沉积的优点，如易于在复杂形状的基体之上沉积制备复合材料、所制备的复合材料厚度速率可控，因而采用电泳沉积的方法为制备碳纳米管/碳纳米纤维聚合物复合材料提供了一种新颖的有效途径。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于电泳沉积纳米聚合物复合材料的制备方法，所制备复合材料中碳纳米管/碳纳米纤维在聚合物中分散性良好、和聚合物结合较好，有效地改善了原有聚合物的性能。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过将碳纳米管或碳纳米纤维与表面活性剂混合后加水得到碳纳米电泳悬浮液，然后与熟化处理后的阳极电泳涂料或者阴极电泳涂料混合后经电泳沉积和固化处理，得到纳米聚合物复合材料。

所述的碳纳米管或碳纳米纤维经过短切、纯化修饰处理，具体是指：用球磨机对碳纳米管或碳纳米纤维对进行球磨处理，球磨速度100-6000rpm，球磨时间-300min，然后在体积比为1∶9-9∶1的浓硫酸和浓硝酸的混酸溶液中50-120℃下回流处理1-12小时，处理完成后冷却至室温用大量的去离子水洗涤直至溶液呈中性。

所述的浓硫酸和浓硝酸分别是质量分数大于70％的硫酸溶液和质量分数大于65％的硝酸溶液。

所述的表面活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或者非离子表面活性剂。

所述的熟化处理是指将阳极电泳涂料或者阴极电泳涂料和水按质量比0.2-5进行混合，再经超声振荡和机械搅拌12h以上得到的聚合物涂料电泳悬浮液。

所述的碳纳米电泳悬浮液和阳极电泳涂料或者阴极电泳涂料的质量比为0.2-5。

所述的电泳沉积是指：在直流模式及恒压下电泳电压40-200V、电极间距1-10cm、电泳沉积时间30-300s、电泳悬浮液温度25-35℃，在外电场的作用下表面带有同种电荷的碳纳米管或碳纳米纤维和聚合物分子一起向电荷性质相反的电极泳动。