[发明专利]碳纳米管/碳纳米纤维植入玻璃表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料技术领域的方法，具体地说，涉及的是一种碳纳米管/碳纳米纤维植入玻璃表面的方法。

背景技术

碳纳米管自1991年被日本的电子显微镜专家饭岛(Iijima)发现以来，由于其独特的结构和广泛的应用，成为多个学科和领域的研究热点。它可以看成由石墨烯片层卷成的无缝、中空管体。直径在几纳米到上百纳米，一般可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米纤维与碳纳米管有相似的结构。碳纳米管和碳纳米纤维作为一维碳纳米材料的典型代表，具有一系列独特的性能，例如优越的强度和韧性，高弹性模量，高导热性能，良好的物理和化学稳定性、特殊的电子性质、表面性质和吸附特性等。对碳纳米管和碳纳米纤维的的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价值。

CNT/CNF修饰电极是CNT/CNF（碳纳米管/碳纳米纤维）的重要的应用之一。通过不同的方法将CNT/CNF修饰到固体电极上，制备出的碳纳米管修饰电极，可拥有CNT/CNF的大比表面积、多孔性、催化活性和粒子表面带有较多功能基团等特性,从而可对某些物质的电化学行为产生特有的催化效应。现有的CNT/CNF修饰电极主要由以下几种方法制备:

a将CNT/CNF分散在溶剂中，形成分散液。将分散液直接滴在电极表面，溶剂挥发后获得修饰电极。

b制备聚合物基CNT/CNF复合材料作为电极。

c在基体上溅射催化剂薄膜，再通过化学气相沉积等方法在基体上直接生长CNT/CNF。

d制备金属基CNT/CNF复合材料作为电极。

使用CNT/CNF分散液在电极上进行涂覆而获得电极，工艺简单易行，但是CNT/CNF与电极之间仅依靠范德华力，不能形成可靠的连接，使用后CNT/CNF易脱落，不能多次重复使用，电极寿命短。使用聚合物基CNT/CNF复合材料作为电极，因为聚合物的存在，无法在高温环境和对真空度要求较高的环境下使用。同时，在电化学实验中聚合物中的一些基团可能干扰电化学反应，使背景电流增大。通过直接生长法制备电极，CNT/CNF的形貌良好，但是通过这种方法较难得到能够独立支撑的稀疏阵列，并且CNT/CNF的生长需要高温，与其他工艺兼容性差。制备金属基CNT/CNF复合材料作为电极，可以通过复合电镀等方法实现。2008年公开的公开号CN101109098A的发明专利提出了一种将碳纳米管/碳纳米纤维管植入金属电极表层方法。该发明可以形成碳纳米管/碳纳米纤维一部分根植在金属中，其余部分暴露在外，均匀分布在电极表面的“植布”效果。但是金属基电极在使用条件上有一定的局限性。多数金属性质比较活泼，容易被氧化，影响使用寿命。金属电极在电化学检测中，当扫描范围增大时可能会参与反应，影响测试结果。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种碳纳米管/碳纳米纤维植入玻璃表面的方法，该方法解决了现有技术中金属基电极的局限性，使得碳纳米管一端与玻璃基底紧密结合，另一部分暴露在外，形成植入并均匀分布的“植布”在玻璃基体表层的效果。

本发明通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

（1）将CNT/CNF、水玻璃和固化剂混合，使CNT/CNF分散均匀；

所述CNT/CNF为CNT，或CNF，或CNT与CNF的混合物。

优选地，称取CNT/CNF、水玻璃和固化剂，使CNT/CNF的质量含量在1%~20%之间；将称取的原料放入球磨罐中球磨，直至CNT/CNF均匀地分散于水玻璃中。

所述的原料主要参数为CNT/CNF与水玻璃的质量比，水玻璃的种类和模数，固化剂的添加量；通过调整这些参数，可以控制CNT/水玻璃复合膜(CNF/水玻璃复合膜)的性质。

所述碳纳米管与水玻璃的质量比，会影响到CNT/水玻璃复合薄膜（CNF/水玻璃复合薄膜）的成膜质量。优选地，CNT/CNF与水玻璃的质量比在1:5~1：50之间，模数为3.2~4.0。CNT/CNF含量过少会使混合浆料粘度过低，难以得到完整的复合薄膜；而CNT/CNF含量过多会使混合物提前固化，无法均匀涂覆在玻璃基片上。在一定范围内调整CNT/CNF和水玻璃的质量比，可以控制玻璃表面植布的CNT/CNF的密度。

所述水玻璃包括钠水玻璃，钾水玻璃，锂水玻璃以及多种水玻璃混合。

所述水玻璃的模数，即二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值。选用较高模数的水玻璃能提高复合薄膜的成膜质量。以钠水玻璃为例，选用模数为3.2~4.0的钠水玻璃。