[发明专利]一种氧化石墨烯分散碳纳米管溶液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯分散碳纳米管溶液及其制备方法，该溶液包括碳纳米管，还包括氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯与碳纳米管在溶液中的质量浓度之比为（1~10）:1。该制备方法，包括步骤1、采用改进的Hummers方法通过控制氧化环节中的加水量制备氧化石墨烯溶液；2、称取碳纳米管放入容器中，加入适量的氧化石墨烯溶液，并添加酒精稀释，得到氧化石墨烯和碳纳米管的悬浊液；3、将氧化石墨烯和碳纳米管的悬浊液利用超声搅拌器超声分散，得到包含氧化石墨烯的碳纳米管分散溶液。本发明解决了碳纳米管分散效果差，易二次团聚的问题，又避免了碳纳米管结构的损坏，提高了基体材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯分散碳纳米管溶液及其制备方法。

背景技术

自1991年日本科学家饭岛澄男在氩气直流电弧放电阴极产物上发现碳纳米管以来，已经掀起了持续至今的碳纳米管研究热潮。碳纳米管是石墨管状结构，是石墨片按照一定螺旋胶卷曲而成的无缝纳米管。碳纳米管分为单壁和多壁两种，直径在几个纳米到几十纳米之间，长度可以达到几百纳米到几十个微米左右，最长者可达数毫米级别。碳纳米管的长径比约为100-1000，最高可达到1000-10000，因此被认为是一种典型的一维纳米材料。

近年来碳纳米管作为复合材料中的增强体材料已被广泛报道，并取得了一定的成果。研究均表明碳纳米管对基体力学性能和物理性能确实有着明显的改善，但同时也报道当继续增加碳纳米管含量时，材料的性能反而出现恶化。这主要是由于碳纳米管长径比大，且碳纳米管之间存在较强的范德华力，使其极易团聚造成材料力学性能提升空间小。据文献 “Rapid and low temperature spark plasma sintering synthesis of novelcarbon nanotube reinforced titanium matrix composites” FC Wang, Carbon, 2015,95, 396-407（快速低温放电等离子体烧结合成碳纳米管增强的钛基复合材料，FC Wang,Carbon, 第95卷，第396-407, 2015年），碳纳米管在基体中均匀分散的质量分数十分有限，一般都不会超过0.5 wt.%，若要大幅度提高基体性能，还需要提高碳纳米管的添加量，但这与团聚问题本身又形成了矛盾。碳纳米管的团聚问题已经成为制约碳纳米管增强复合材料技术发展的关键瓶颈问题。

发明内容

针对碳纳米管的团聚问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种氧化石墨烯分散碳纳米管溶液，它能改善碳纳米管在基体中的分散性，提升基体材料力学性能。本发明还提供一种氧化石墨烯分散碳纳米管的制备方法。

本发明的构思是：氧化石墨烯(GO)是制备石墨烯过程中产生的一种重要的石墨烯衍生物，其结构中含有大量的官能团，造成氧化石墨烯在水溶液中具有非常好的分散性。本发明中提出借助氧化石墨烯表面官能团的作用增加碳纳米管的分散性，解决碳纳米管团聚问题，同时利用氧化石墨烯和碳纳米管的协同作用能大幅提高基体材料的力学性能。

本发明提供的一种氧化石墨烯分散碳纳米管溶液，包括碳纳米管，还包括氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯与碳纳米管在溶液中的质量浓度之比为（1~10）:1。

本发明还提供一种氧化石墨烯分散碳纳米管溶液的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、采用改进的Hummers方法（见参考文献“Improved Synthesis of GrapheneOxide, DC Marcano, Acs Nano, 4(8):4806-4814，2010, ( “氧化石墨烯的合成”，DCMarcano, Acs 纳米, 第4期第8卷，第4806-4814页，2010年)），通过控制氧化环节中的加水量制备氧化石墨烯溶液；

步骤2、称取碳纳米管放入容器中，加入适量的氧化石墨烯溶液，并添加酒精稀释，得到氧化石墨烯和碳纳米管的悬浊液；