[发明专利]一种介电电泳技术制备碳纳米管/碳/碳复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介电电泳技术制备碳纳米管/碳/碳复合材料的方法，属碳/碳复合材料的制备及介电电泳应用的技术领域。

背景技术

碳/碳复合材料因为具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、低密度、导电、传热和膨胀系数小等一系列优异性能，是目前被公认为最具有发展前途的高温结构材料之一。特别是其在航天航空领域中的应用已经成为许多先进国家的主要研究和发展方向。然而，碳/碳复合材料同时存在着力学性能偏低和高温抗氧化性能差等问题，这些问题阻碍了其更为广泛的应用。所以寻求新的技术途径改善其力学和高温抗氧化性能是目前国内外研究的热点之一。增强碳/碳复合材料的抗氧化性能方法主要是基体改性和涂层技术，而基体改性后的复合材料一般只能在小于1000℃温度下使用，所以在碳/碳复合材料表面形成致密的抗氧化涂层是有效提高材料抗氧化性能的方法。这也就同时要求碳/碳基体和涂层间有良好的界面结合力。

介电电泳是非均匀电场力的作用下，悬浮在介质中的微粒产生定向运动的现象。且其运动方向与介质和微粒介电常数大小有关。随着近些年制造技术的发展，利用介电泳现象收集、定位、分离悬浮液中微粒的技术已经取得了很大的进步。

文献1“电泳沉积碳纳米管的微波等离子体改性，秦玉香，胡明。无机材料学报，2008，23(3):515-518”提出一种利用不锈钢板作为阳极，以硅片最为阴极，以硝酸镁最为电解质，在硅片表面电泳碳纳米管的方法，其表面存在着大小不等的孔洞和明显的纳米管团簇。

文献2“电泳电压对碳纳米管沉积薄膜及阴极场发射特性影响，梅山孩，冯涛，孙卓，林丽锋。液晶与显示，2008，23（4）：478-483”提出一种以镍片作为阳极，附有一层图形化银浆层的玻璃基片作为阴极，其装置复杂，不够稳定。阴阳极的材料复杂且昂贵，特别是当应用于碳/碳样品表面时会更加复杂。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种介电电泳技术制备碳纳米管/碳/碳复合材料的方法，利用碳/碳复合材料的导电性，使碳/碳复合材料自身作为两端电极，通过控制电泳装置电流的大小和时间，使得碳纳米管均匀稳定的沉积于碳/碳复合材料表面，制的碳纳米管+碳/碳复合材料。同时只需掉换电极，即可在另外电极的碳/碳上沉积碳纳米管。此电泳方法简单实用、操作方便可控，从而达到了快速有效并且均匀的将碳纳米管电泳到碳碳复合材料表面的目标。

技术方案

一种介电电泳技术制备碳纳米管/碳/碳复合材料的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、配置碳纳米管异丙醇分散液：将碳纳米管异丙醇分散液置于烧杯中，再将异丙醇溶液并倒入烧杯中稀释原有的碳纳米管异丙醇分散液；再在溶液中加入硝酸铝；用超声波分散机分散240min±1min，后冷却至室温；得到碳纳米管异丙醇分散液溶液；

步骤2、制备碳纳米管/碳/碳复合材料：

①将超声分散好的碳纳米管异丙醇分散液置于电解槽中；

②调整正负两极的碳/碳样品，使两个样品正对并且相互平行；

③开启介电电泳装置电源，调节电压为30V～60V，电泳时间为120s；

④一面完成电泳后，再次对另外一面电泳；

步骤3：将电泳后得到的样品置于干净的滤纸上，并置于烘箱中进行干燥，干燥温度100℃，干燥时间120min；干燥后制成碳纳米管/碳/碳复合材料。

有益效果

本发明提出的一种介电电泳技术制备碳纳米管/碳/碳复合材料的方法，利用介电电泳将碳纳米管沉积在碳/碳基体表面，再通过化学气相沉积等方法在碳/碳表面形成一层致密的涂层，进而提高碳/碳复合材料的抗氧化性能和力学性能。在电泳过程中，为了使碳纳米管更快速有效的电泳到碳/碳复合材料表面，采用碳/碳复合材料本身作为阴阳极材料，这种方法不但工艺简单，而且不会引入杂质。

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对目前常用的电泳技术手段的不足，利用碳/碳复合材料本身的导电性，使其本身作为电极材料，不再使用金属辅助电极，直接、快速、有效的是碳纳米管分散于碳/碳材料表面。首先在配置合适比例的碳纳米管分散液并超声处理使其充分分散，再利用介电电泳装置在电场力作用下使碳纳米管被均匀稳定的向被电泳的碳/碳材料表面运动，进而能得到碳纳米管/碳/碳复合材料。此制备方法工艺简单合理，效率高且安全稳定可靠，碳纳米管在碳/碳表面分散均匀无团聚，是十分理想的在碳/碳复合材料表面电泳碳纳米管的方法。

附图说明

图1为碳/碳材料表面电泳碳纳米管装置示意图