[发明专利]一种柔性高导电巴基纸及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性高导电巴基纸及其制备方法，涉及导电复合材料领域。柔性高导电巴基纸的制备方法包括将MWCNT粉末加入具有高表面电荷密度的HNC水分散液中，通过超声分散的方法使MWCNT均匀分散，制成MWCNT‑HNC分散液；将MWCNT‑HNC分散液浇筑成型，干燥后得到柔性高导电巴基纸。本申请使用具有高表面电荷密度的纳米纤维素作为碳纳米管的分散剂，可以非共价分散碳纳米管并实现高分散极限，高碳纳米管含量促进了巴基纸导电性的提高，纳米纤维素同时作为碳纳米管的高效分散剂和粘接剂，使得巴基纸兼具高导电性和机械柔韧性。

技术领域

本发明涉及导电复合材料领域，尤其涉及一种柔性高导电巴基纸及其制备方法。

背景技术

碳纳米材料具有优异的力学、电学、热学及化学性能，但是由于本身尺度及纳米结构性能的个体差异，限制了它的大规模应用。利用范德华力和结构间的相互缠结，可以将纳米尺度的碳材料组装起来，形成具有宏观尺度结构的碳材料。其中，巴基纸是由无序碳纳米管组成的纸状薄层结构，具有远大于碳纤维纸的比表面积、与导热石墨片相近的强度、良好的导电导热性和化学稳定性，在燃料电池气体扩散层、电化学超级电容器、锂离子电池阴极、大功率电子器件的散热垫、高性能聚合物复合材料等领域具有广阔的应用价值。

巴基纸的制备方法分为一步法和两步法，一步法是指原位生长碳纳米材料直接成纸；两步法是指先制备出碳纳米管，然后再通过真空抽滤、旋转涂层或碾压等后处理过程将碳纳米管制备成巴基纸，目前制备巴基纸的方法以两步法为主。然而，巴基纸制备过程中过多表面活性剂的添加会导致导电性的损失。特别地，仅依赖碳纳米管之间的相互缠结和范德华力相互作用，巴基纸表现出较差的机械性能(强度低、不可弯折)。因此，开发具有高导电和优异机械性能(柔韧性、高强度)的巴基纸对于电子材料领域的发展具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种柔性高导电巴基纸及其制备方法，以解决巴基纸导电性和机械性能不足的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明目的之一提供了一种高表面电荷密度纳米纤维素的制备方法，包括以下步骤：将纤维素原料加入溶解有氯磺酸的DMF中，在70-90℃下反应2-6h后，从反应液中分离得到硫酸化纤维素，将硫酸化纤维素加入水中进行剪切分散，得到HNC水分散液。

作为优选方案，所述氯磺酸与DMF的质量比值为1：(5-15)。

通过采用上述方案，控制氯磺酸与纤维素原料的特定添加比例，有助于提高HNC的表面电荷密度，这是因为氯磺酸中缺电子的硫原子会与DMF中带负电荷的氧原子结合形成新的氧硫共价键，进而形成ClSO₃H-DMF复合酯化剂，纤维素原料与复合酯化剂之间可以进行高效的硫酸酯化反应，从而制备具有高表面电荷密度的硫酸化纳米纤维素。

作为优选方案，所述纤维素原料与DMF的质量比为1：(10-50)。

作为优选方案，所述纤维素原料为蔗渣浆、棉短绒、松木浆或微晶纤维素。

作为优选方案，所述剪切分散时间为10-20min。

为了解决上述技术问题，本发明目的之二提供了一种柔性高导电巴基纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)将MWCNT粉末加入HNC水分散液中，通过超声分散的方法使MWCNT均匀分散，制成MWCNT-HNC分散液；

(2)将MWCNT-HNC分散液在容器内进行浇筑成型，干燥后得到柔性高导电巴基纸。

通过采用上述方案，本申请使用纳米纤维素作为碳纳米管的分散剂，具有高表面电荷密度的纳米纤维素可以非共价分散碳纳米管并实现高分散极限，高碳纳米管分散极限的实现促进了巴基纸导电性的提高；基于纳米纤维素间的氢键和范德华力相互作用，纳米纤维素同时作为碳纳米管的粘接剂，进而提高巴基纸的机械柔韧性。