[发明专利]一种纳米铜修饰碳纳米管/石蜡温敏复合材料的制备方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种温敏复合材料，特别涉及一种新型热驱动功能纳米温敏复合材料，即纳米铜修饰碳纳米管/石蜡温敏复合材料的制备方法。 

（二）背景技术

石蜡具有熔点范围宽、体膨胀率大、热稳定性良好、无腐蚀、易成型和价格低廉等优点，可作为温敏材料、膨胀材料等用以制造驱动、传动和控制元件，在工程中有很大的应用前景。但是石蜡的热导率很低，传热能力差，导致其热响应速度慢。碳纳米管具有优异的热学性能，其中多壁碳纳米管（MWCNTs）和单壁碳纳米管（SWCNTs）的热导率分别约为3000W／(m?K)，和2000W／(m?K)，将CNTs添加到石蜡中，形成传热性能优异，稳定性良好的纳米强化传热相变材料，已成为近年来石蜡类相变材料改性的研究热点[Wang J,Xie H,Xin Z.Thermal properties of paraffin based composites containing multi-walled carbon nanotubes[J].Thermochimica Acta,2009,488(1-2):39-42.王晓,丁晴,姚晓莉,方昕等.石蜡基碳纳米管复合相变材料的热物性研究[J].热科学与技术,2013,12(2):124-130.]。但是，碳纳米管之间以及CNTs与石蜡基体之间存在的接触热阻一定程度上限制了CNTs/石蜡复合相变材料的传热性能的提高。近来，有学者开始尝试将CNTs与金属或氧化物纳米颗粒复合，形成高导热纳米复合颗粒，通过中间纳米颗粒构建的传热通道，降低CNT之间的接触热阻。例如，Han等[Han Z H,Yang B,Kim S H,et al.Application of hybrid sphere/carbon nanotube particles in nanofluids[J].Nanotechnology,2007,18(10):(105701)1-4.]将氧化铝/氧化铁复合纳米粒子与碳纳米管复合，并将其添加到聚-α-烯烃溶液中形成纳米流体，研究发现添加剂体积分数为0.2%的纳米流体，其室温时的热导率提高了约21%。Jha[Jha N,Ramaprabhu S.Synthesis and thermal conductivity of copper nanoparticle decorated multiwalled carbon nanotubes based nanofluids[J].The Journal of Physical Chemistry C,2008,112(25):9315-9319.]和Chen等[Chen L,Xie H,Yu W.Multi-walled carbon nanotube/silver nanoparticles used for thermal transportation[J].Journal of Materials Science,2012,47(14):5590-5595.]分别制备了纳米铜修饰碳纳米管复合颗粒（Cu/MWCNTs）和纳米银修饰碳纳米管复合颗粒（Ag/MWCNTs），将其添加到去离子水或乙二醇中形成纳米流体，并与只含碳纳米管的纳米流体的热导率进行比较。研究发现，含Cu/MWCNTs或Ag/MWCNTs纳米流体的热导率均高于只含碳纳米管纳米流体的热导率。但是，上述研究都是采用两步法，即先制备纳米金属或氧化物/碳纳米管复合颗粒，然后按一定比例将其分散到溶液中形成纳米流体，这就不可避免的导致沉积在碳纳米管表面的纳米金属的氧化，降低了复合颗粒的热导率，从而影响了纳米流体热导率的进一步提高。此外，将这种纳米金属或氧化物/碳纳米管复合颗粒分散到具有固-液相变特性的石蜡中，制备纳米温敏复合材料的的研究还未见报道。 

（三）发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种新的纳米温敏复合材料的制备方法，特别是选择四水合甲酸铜与功能化碳纳米管（优选羧基化多壁碳纳米管）构成二元复合物，将上述复合物作为前驱体与石蜡及分散稳定剂（优选油胺）均匀混合，在氮气保护下直接热分解单步制备纳米铜修饰碳纳米管/石蜡温敏复合材料，省去了Cu/MWCNTs的收集和存放环节；同时，利用分散稳定剂的静电位阻稳定效应和空间位阻效应使Cu/MWCNTs分散于石蜡基体中，利用Cu/MWCNTs在热蜡液中的布朗运动改善因悬殊比重差异而引起的粒子沉淀；Cu/MWCNTs的微运动又增强粒子与石蜡基体间的能量传递过程，增大温敏复合材料的导热系数，提高温敏复合材料的导热性能。 

本发明采用的技术方案是：