[发明专利]包含未浸渍的泡孔状碳纳米结构的复合物

说明书

一种包含粘合剂以及具有泡孔结构的纳米结构碳的复合物，所述粘合剂包含聚合物粘合剂、金属粘合剂或陶瓷粘合剂或热解碳粘合剂中的一种或多种。所述泡孔结构包括一个或多个具有由模板形成的结构的泡孔壁以及一个或多个空腔。每个空腔基本上由一个或多个泡孔壁包围，并且基本上未被液体或固体浸渍。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年3月15日提交的美国临时专利申请序列号62/471,711的优先权，出于所有目的，通过援引将其全部内容并入本文。本申请还涉及2017年1月19日提交的美国临时专利申请第62/448,129号(现为PCT/US18/14549)和美国临时专利申请第62/294,751号(现为PCT/US17/17537)，出于所有目的，通过援引也将其两者全部内容并入本文。

背景技术

已经提出了将纳米结构碳置于更大且异质结构中的纳米复合物。特别是，不同类型的sp²-杂化的碳纳米颗粒由于其提高用于结构、电池和显示技术中的复合物的结构或电子性能的潜力而得到了广泛的研究。几十年来，包含巴克敏斯特富勒烯和碳量子点的“零维”碳纳米结构一直是学术界研究的热点。最近研究了包含碳纳米管和纳米纤维的所谓的“一维”碳纳米结构以及诸如石墨烯纳米板的“二维”碳纳米结构。对这些低维(即0D、1D或2D)碳的研究揭示了它们的非凡的强度重量比和电子性能，这表明将它们置于其他材料中会产生具有所需性能的复合物。然而，与具有三维几何形状的颗粒相比，具有低维几何形状的颗粒通常面临挑战。例如，具有低维几何形状的颗粒易于聚集或缠结，并且可能难以均匀地分散在整个基体中。

另一方面，具有多孔结构的碳有可能包含低维颗粒的优势属性，而没有低维颗粒几何形状带来的挑战。由2D石墨烯构成的3D物体的预测建模尤其显示出出色的抗压强度重量比。一个假设的示例是由2D石墨烯形成的空心3D球作为球形表面。真实的实例包括自组装石墨烯气凝胶。然而，3D石墨烯组件难以合成，并且可能不具有可控的孔形态。这种组件由于其孔隙率和电导率，也可以特别适合于电化学应用。

发明内容

本文描述的是一类新型的复合材料，其包含具有模板化空腔形态的未浸渍的泡孔状碳。一些实施方式包括复合物，其包含粘合剂以及纳米结构碳，所述粘合剂包含聚合物粘合剂、金属粘合剂或陶瓷粘合剂或热解碳粘合剂中的一种或多种。所述纳米结构碳可以包括一个或多个具有由模板形成的结构的泡孔壁以及一个或多个空腔。每个空腔可以基本上由一个或多个泡孔壁包围并且基本上未被液体或固体浸渍。一个或多个壁的大多数可以具有100nm以下的厚度。大多数空腔可具有10nm以上的直径，以及基本上小于10:1的纵横比。大多数泡孔结构可具有1mm以下的直径。所述复合物可通过模板定向化学气相沉积形成。

在一些实施方式中，所述聚合物粘合剂可以是热塑性塑料。所述热塑性塑料可包括以下中的至少一种：聚(甲基丙烯酸甲酯)、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺、聚乳酸、聚苯并咪唑、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲醛、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯或其共聚物。所述聚合物粘合剂可包括热固性聚合物。所述热固性聚合物可以包括以下中的至少一种：聚酯、聚氨酯、聚脲、酚醛、脲醛、环氧树脂、苯并噁嗪、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚氰尿酸酯、聚硅氧烷、乙烯基酯或其混合物。

在一些实施方式中，所述纳米结构碳可占所述复合物的1重量％、10重量％、50重量％以下。所述纳米结构碳可以与所述粘合剂非共价键合。所述纳米结构碳可以是导电的。

在一些实施方式中，所述复合物可以是粉末。所述复合物的密度可以基本上小于所述粘合剂的密度。所述复合物的密度可以为0.80g/cm³以下。所述复合物的密度可以为0.50g/cm³以下。