[发明专利]一种碳纳米管包覆二氧化硅微球复合纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管包覆二氧化硅微球复合纳米材料的制备方法，具体为：以SiO₂纳米微球为模板，将其分散于阳离子表面活性剂中，然后加入MMA单体，通过种子乳液聚合形成以SiO₂为核，PMMA为壳的纳米复合粒子；再将被PMMA修饰的CNT通过水热反应包覆在纳米复合粒子最外层，去除多余的PMMA，即得到由CNT包覆SiO₂纳米微球形成的核壳结构的纳米材料。本发明以聚合物PMMA为中间桥梁，制备CNT包覆SiO₂微球复合纳米材料，得到的复合纳米材料具有密度小，强度高，弹塑性好等特点。另外，本发明操作简单，成本低，制备出的CNT包覆SiO₂形成的核壳结构纳米微球形状大小均匀。

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备技术领域，具体涉及一种碳纳米管包覆二氧化硅微球复合纳米材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管(CNT)是一种具有特殊结构的一维量子材料，碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管；层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为几纳米到几十。碳纳米管完全由碳原子组成，其缺陷少，密度低，且有很强的轴向强度和刚度，其性能优于通用级碳纤维。碳纳米管作为一种新型纳米材料，碳六边形相互连接形成的网状结构，使其具有密度低、强度高、韧性好、导热性能优异等许多异常的力学、电学和化学性能，被公认为是新一代高性能复合材料的理想增强相。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。

碳纳米管除了具有密度低、强度高、韧性好以及优异的力学性能等优点外，其表面原子占50％以上，与聚合物之间的相互作用较强，再加上碳纳米管具有的纺织纤维的柔软可编性和高分子材料的易加工性，其与聚合物结合后可在球面上形成稳定的编制层。

常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧法、催化裂解法、离子或激光蒸发法等。近年来，科研工作者在改进传统制备技术的同时，探索和研究出了一系列新型碳纳米管的制备技术，其中有水热法、火焰法、超临界流体技术、水中电弧法、固相热解法、太阳能法等。其中催化裂解法具有实验条件易于控制，制备过程中副产物较少，产率高，成本低，可实现工业化连续生产等优点，是最有希望能够大量合成纳米碳管的方法，而且通过控制催化剂的模式，可以得到定向阵列的纳米碳管。

二氧化硅(SiO₂)为白色固体或粉末状，多孔、质轻、松软的固体，吸附性强且不溶于水；二氧化硅化学性质比较稳定，它不与除氟、氟化氢以外的卤素、卤化氢以及硫酸、硝酸、高氯酸反应(热浓磷酸除外)，是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光导纤维、电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品和耐火材料的原料，是科学研究的重要材料。

SiO₂的制备方法分为干法和湿法两种。干法主要有气相法和电弧法，湿法主要有溶胶-凝胶法、沉淀法、水热法及微乳液法等。其中，溶胶-凝胶法利用活性较高的前驱体作为原料，在含水的溶液中水解，生成溶胶，然后溶胶颗粒间进一步发生相互作用，与溶剂共同生成凝胶，干燥后煅烧获得前驱体相应的氧化物。

碳纳米管CNT自2007-2008年间被成功开发出来之后，尽管其在智能手机、计算机等新一代电子设备及科技前沿领域的应用方面取得了一些重大突破，但其应用的广度依然非常有限，并且其应用还不是十分成熟。CNT的柔性、抗干扰、防水、耐敲击与刮擦等特性没有充分的开发和利用，目前关于CNT和SiO₂的复合研究大都集中在SiO₂包覆CNT的研究，已经公开的与本发明相关的文献如下：

中国专利《一种新型的二氧化硅包覆碳纳米管的方法》(申请号200810040009.X，公开号CN101318644，公开日2008-12-10)公开了一种新型的二氧化硅包覆碳纳米管的方法。将碳纳米管超声分散在柠檬酸溶液中形成碳纳米管的柠檬酸缓冲溶液再加入无水乙醇，并超声分散均匀；将氨丙基三乙氧基硅烷APTS和正硅酸乙酯的形成混合液，与分散液混合，进行反应，反应结束后，离心弃上清液，用无水乙醇洗涤，干燥后即得二氧化硅包覆的碳纳米管。