[发明专利]一种基于反歧化反应的碳纳米管/铜复合粉末制备方法

说明书

本发明涉及一种基于反歧化反应的碳纳米管/铜复合粉末制备方法，属于纳米复合材料技术领域。本发明利用氧化铜和铜之间发生的反歧化反应将CNTs均匀分散和有效穿插在纳米Cu颗粒粉体基体中，包括CNTs的预处理，铜基粉末的预处理和反歧化反应吸附。利用本发明方法可大批量制备CNTs分散均匀，且与铜基粉末结合良好的CNTs/Cu复合粉末，具有操作简单、可靠性高、重复率高，不会引入其他杂质的特点，为粉末冶金方法制备CNTs增强铜基复合材料提供了重要的技术支撑和原料基础。

技术领域

本发明涉及一种基于反歧化反应的碳纳米管/铜复合粉末制备方法，属于纳米复合材料技术领域。

背景技术

粉末冶金技术是制备CNTs/Cu复合材料的重要方法，其工艺步骤主要包括：CNTs/Cu复合粉末的制备和CNTs/Cu复合粉末的压制烧结，由于粉末制备是前期工序，其显微组织结构特征会遗传并影响到最终的CNTs/Cu复合材料块体的性能。例如，复合粉末中CNTs的分散性、CNTs与铜粉之间的界面结合会保留到块体复合材料中。然而，CNTs因为长径比非常大、比表面能非常高，很容易发生团聚并相互缠结，导致其很难均匀分散到基体材料中。因此，如何获得CNTs分散均匀、与基体界面结合良好的CNTs/Cu复合粉末是利用粉末冶金法制备性能优异的CNTs/Cu复合材料的重要前提。

目前来说，常用的CNTs/Cu复合粉末的制备方法有高能球磨法、原位合成法、分子级共混法、超声分散法、研磨与搅拌法等，这些方法尽管可以在一定程度上解决CNTs的分散性和界面结合性的问题，降低CNTs和Cu粉之间比重差异和尺寸差异的矛盾，但是也存在着不可避免的缺陷（见表1）。

表 1 不同方法制备CNTs/Cu复合粉末的评价

目前并没有可以使CNTs在基体中分散均匀且与基体界面结合牢固，并且不会对CNTs造成破坏，不会引入杂质，容易控制、大批量和可重复制备的制粉方法。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种基于反歧化反应的碳纳米管/铜复合粉末制备方法，本发明方法包括CNTs的预处理，铜基粉末的预处理和反歧化反应吸附，可以大批量制备CNTs分散均匀，且与铜基粉末结合良好的CNTs/Cu复合粉末，并且操作简单、可靠性高、重复率高，不会引入其他杂质。

一种基于反歧化反应的碳纳米管/铜复合粉末制备方法，具体步骤如下：

（1）CNTs的预处理：配制硝酸和硫酸的混合酸液，将混合酸液加入到CNTs中并在温度为60~80℃条件下热处理2~12h，洗涤、干燥即得酸化预处理的CNTs；

（2）铜基粉末预处理：在铜基粉末中加入酒精并进行球磨处理10~24 h，过滤、洗涤、干燥即得预处理铜基粉末；

（3）反歧化反应吸附：将步骤（1）所得酸化预处理的CNTs均匀分散到去离子水中即得CNTs水溶液；将步骤（2）所得预处理铜基粉末均匀分散到去离子水中，在搅拌条件下，加入酸液调节溶液pH值为3.0~6.0得到酸性铜粉混合液；搅拌条件下，将CNTs水溶液逐滴加入到酸性铜粉混合液中反应1~3h，过滤、洗涤、真空干燥即得CNTs/Cu₂O复合粉末；

（4）将步骤（3）所得CNTs/Cu₂O复合粉末置于温度为200~350℃、氢气氛围中反应1~5 h即得CNTs/Cu复合粉末；

所述步骤（1）中CNTs为未处理和/或经表面处理碳纳米管；

所述CNTs为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管的一种或任意比多种；

所述步骤（1）中硝酸与硫酸的体积比为(3:1)~(1:3)；硝酸为市售硝酸，硫酸为市售硫酸；

所述步骤（2）中铜基粉末的粒径为300~500目；