[发明专利]松针状碳纳米管/碳纤维导电网络复合碳材料的制备方法

权利要求书

1.一种松针状碳纳米管/碳纤维导电网络复合碳材料的制备方法，所述制备方法是以碳纤维织物的纤维为生长基底，在所述生长基底上生长高密度排列的碳纳米管；其中，所述纤维直径是3-10μm，所述碳纳米管的长度是5-150μm，所述碳纳米管的直径是20-220nm，所述碳纳米管的排列密度是1×10²¹-220×10²¹根/m²；所述制备方法是按下列步骤进行的：

（1）碳纤维织物的纤维表面预处理

将碳纤维织物置于异丙醇或者乙醇溶液中超声清洗10-60min，并在60-100℃温度下烘干20-60min；后将清洗后的纤维织物置于管式炉内，控制温度在500-700℃间，在氩气氛围下煅烧1-12h，对纤维表面进行高温脱粘处理；

将高温处理过的碳纤维织物浸泡在具有强氧化性的溶液里1-6小时，取出并在60-100℃温度下烘干1-8h，得到表面清洁的碳纤维织物；再按质量比为25-35:1称取无机金属催化剂前驱体和糖类聚合物，溶解在体积比例为5-10:1的硅溶胶和表面活性剂组成的混合溶剂中，常温下磁力搅拌6-36h，配置得到无机金属催化剂前驱体溶液；后将上述表面清洁的碳纤维织物置于无机金属催化剂前驱体溶液里浸泡10-120min后进行抽滤，在50-100℃温度下烘干3-24h，重复1-10次，使织物上的碳纤维表面均匀地包裹一层无机金属催化剂前驱体和糖类聚合物混合物，得到预处理的碳纤维织物；

（2）碳源与有机金属催化剂前驱体混合溶液制备

以含有芳香环类的物质作为碳源，以含有铁基、钴基和镍基的有机金属化合物中的一种或几种作为有机金属催化剂前驱体，有机金属离子在碳源中的浓度为0.01-0.3g/ml；将此溶液超声分散10-90min，制得碳源与有机金属催化剂前驱体的混合溶液；

（3）松针状碳纳米管/碳纤维导电网络复合碳材料制备

将步骤（1）预处理的碳纤维织物以0-180℃的角度置于管式炉温区内，采用化学气相沉积法，以氩气、氮气、氦气的一种或几种与氢气按体积比为1-10:1混合作为载气，管式炉以1-10℃/min的速率升温至600-900℃；将步骤（2）配置的混合溶液以0.4-2.0ml/min的线速度注射至管式炉内，保持反应炉内压力不变，生长时间为15-120min，生长结束后关闭载气，温度达到400-700℃时在空气氛围下纯化碳纳米管，待管式炉降至室温，得到在碳纤维织物上制备的松针状碳纳米管/碳纤维导电网络复合碳材料。

2.如权利要求1所述的制备方法，所述碳纤维织物是碳纤维布、碳纤维带、碳纤维纸、碳纤维毡、碳纤维席和碳纤维片材中的一种。

3.如权利要求1所述的制备方法，所述强氧化性溶剂是浓硝酸、浓硫酸和双氧水中的一种，其中浓硝酸和浓硫酸是任其一种或是任意比例的混合。

4.如权利要求1所述的制备方法，所述无机金属化合物是硝酸铁、氯化铁、磷酸铁、硫酸铁、硫化铁、硝酸钴、氯化钴、磷酸钴、硫酸钴、硫化钴、硝酸镍、氯化镍、磷酸镍、硫酸镍和硫化镍中的一种或任意混合。

5.如权利要求1所述的制备方法，所述硅溶胶是中性硅溶胶、酸性硅溶胶和碱性硅溶胶中的一种，其中固体二氧化硅含量是20%-40%。

6.如权利要求1所述的制备方法，所述糖类聚合物是葡萄糖、果糖、淀粉、蔗糖、糖原、麦芽糖糊精和醋酸纤维素中的一种或任意混合。

7.如权利要求1所述的制备方法，所述表面活性剂是乙醇、正丙醇、异丙醇、十二烷基硫酸钠、油酸、月桂基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、溴化十六烷基三甲铵、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、聚乙烯基吡咯烷酮、洗涤剂和有机胺皂中的一种。

8.如权利要求1所述的制备方法，所述芳香环类的物质是苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、苯甲醇、苯甲醛、苯甲醚、苯甲胺、苯甲腈、苯乙酸、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、硝基苯胺、双吡啶硫酮和2-甲基咪唑中的一种或任意混合。

9.如权利要求1所述的制备方法，所述金属有机化合物是二茂铁、羰基铁、草酸铁、醋酸铁、乙二胺合铁、二茂钴、羰基钴、草酸钴、醋酸钴、乙二胺合钴、二茂镍、羰基镍、草酸镍、醋酸镍和乙二胺合镍中的一种或任意混合。