[发明专利]利用硼化物包覆的单壁碳纳米管制备碳纳米管改性铝材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电材料制备方法，具体地指一种利用硼化物包覆的单壁碳纳米管制备碳纳米管改性铝材料的方法。 

背景技术

铝及其合金是电工行业应用最广泛的导电材料之一，然而与铜相比，其导电水平不高，特别是当添加合金元素强化后，其导电率更低，每年因电阻所造成的电能损失惊人，因此如何在强化铝材料的同时提高其导电性能已成为科研工作者研究的热点。 

碳纳米管由于其独特的一维管状结构和优异的力学和电学性能，被认为极具应用潜力的纳米改性材料。采用碳纳米管改性的铝基复合材料在温度低于80K时呈现出了超导特性，接近于零电阻（Xu C L,Wei B Q,Ma R Z et al.Carbon,1999,37(5):855-858.）。 

然而针对碳纳米管改性金属材料的研究，目前仍处在积极探索之中。这一方面是由于碳纳米管的比表面大，管之间团聚现象严重，很难在金属基体中均匀分散；另一方面，碳纳米管和金属基体的性质存在巨大差异，碳纳米管密度小，极易在金属基体中出现偏析，且碳纳米管表面活性较低，与金属基体的浸润性差。 

因此，在实现碳纳米管改性铝材料之前，必须解决碳纳米管在铝基体中的有效分散以及两者之间良好结合等难题。 

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种利用硼化物包覆的单壁碳纳米管制备碳纳米管改性铝材料的方法。 

为实现上述目的，本发明利用硼化物包覆的单壁碳纳米管制备碳纳米管改性铝材料的方法，包括以下步骤： 

1）将单壁碳纳米管置于无水乙醇中，加入十二烷基苯环酸钠，在超声波辅助下使碳纳米管完全分散均匀，得到单壁碳纳米管分散液； 

2）向上述单壁碳纳米管分散液中加入硼化物前驱体，通过化学包覆法在碳纳米管表面形成均匀的硼化物层，待反应结束后，过滤和加热挥发出除乙醇溶剂，再对所得到的混合粉末在150～250℃进行脱水分解，得到硼化物包覆的单壁碳纳米管粉末； 

3）将上述包覆处理后的单壁碳纳米管粉末添加到融熔铝液中，使之均匀分散，并静置后进行浇铸，再经挤压、后续热处理，即可得到碳纳米管改性铝材料。 

步骤2）中，所述硼化物包覆的单壁碳纳米管粉末中硼化物含量为2～3wt%。 

步骤2）中，所述硼化物前驱体为硼酸三丁酯、氟硼酸钠、硼酸或氟硼酸。 

步骤3）中，所述包覆处理后的单壁碳纳米管粉末的添加量为融熔铝液重量的0.5～2%。 

步骤3）中，静置时间为15～30min，挤压的条件为：挤压比10:1～20:1、压力150～200t，后续热处理的条件为200～300℃、保温2～3h。 

本发明的有益效果在于：本发明采用有利于降低铝中微量杂质元素的硼化物对单壁碳纳米管进行包覆改性，硼化物致密均匀地包覆在碳纳米管表面，再以此硼化物包覆的单壁碳纳米管作为纳米改性物添加到铝液中，有效改善了碳纳米管与铝液的相容性和两者间的密度差异，提高了碳纳米管在铝液中的分散程度。 

而且，采用硼化物包覆的单壁碳纳米管对铝材料进行增强改性，碳纳米管存在于晶粒间起着桥接晶界和阻止位错移动的作用， 避免了因碳纳米管改性所需引入的硼元素对铝材料的导电性能的影响，充分发挥了单壁碳纳米管对铝基体的改性增强作用，大幅提高了铝材料的导电性能和机械强度。 

附图说明

图1为碳纳米管改性铝材料与纯铝材料的导电率对比图。 

图2为碳纳米管改性铝材料和纯铝材料的拉伸曲线图。 

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但它们不对本发明构成限定。 

实施例1 

1）将单壁碳纳米管置于无水乙醇中，加入十二烷基苯环酸钠作为表面活性剂，在超声波辅助下碳纳米管完全分散均匀，得到单壁碳纳米管分散液； 

2）向上述单壁碳纳米管分散液中加入硼酸，通过化学包覆法在碳纳米管表面形成均匀的硼化物层；待反应完毕后，抽滤除去乙醇溶剂并置于真空干燥箱中烘干；最后将混合粉末置于200℃的马弗炉中使硼化物进一步脱水分解，得到硼化物包覆的单壁碳纳米管粉末，硼化物包覆的单壁碳纳米管粉末中硼化物含量为2wt%；