[发明专利]松针状碳纳米管/碳纤维导电网络复合碳材料的制备方法

摘要

一种松针状碳纳米管/碳纤维导电网络复合碳材料的制备方法，所述制备方法是以碳纤维织物的纤维为生长基底，在所述生长基底上生长高密度排列的碳纳米管；所生长高密度排列的碳纳米管连同碳纤维基底形成三维多孔的松针状碳纳米管/碳纤维导电网络复合碳材料，具有高的比表面积是担载活性物质或者反应物质的理想材料，优异机械强度可以抑制材料在反应过程中的结构破坏，同时碳纳米管与碳纤维相互交叉或重叠接触有利于提高复合材料导电框架的完整性，该复合材料在燃料电池、超级电容器、锂空电池、锂硫电池以及有机太阳能电池等具有广泛的应用前景。

主权项

一种松针状碳纳米管/碳纤维导电网络复合碳材料的制备方法，所述制备方法是以碳纤维织物的纤维为生长基底，在所述生长基底上生长高密度排列的碳纳米管；其中，所述纤维直径是3‑10μm，所述碳纳米管的长度是5‑150μm，所述碳纳米管的直径是20‑220nm，所述碳纳米管的排列密度是1×1021‑220×1021根/m2；所述制备方法是按下列步骤进行的：（1）碳纤维织物的纤维表面预处理将碳纤维织物置于异丙醇或者乙醇溶液中超声清洗10‑60min，并在60‑100℃温度下烘干20‑60min；后将清洗后的纤维织物置于管式炉内，控制温度在500‑700℃间，在氩气氛围下煅烧1‑12h，对纤维表面进行高温脱粘处理；将高温处理过的碳纤维织物浸泡在具有强氧化性的溶液里1‑6小时，取出并在60‑100℃温度下烘干1‑8h，得到表面清洁的碳纤维织物；再按质量比为25‑35:1称取无机金属催化剂前驱体和糖类聚合物，溶解在体积比例为5‑10:1的硅溶胶和表面活性剂组成的混合溶剂中，常温下磁力搅拌6‑36h，配置得到无机金属催化剂前驱体溶液；后将上述表面清洁的碳纤维织物置于无机金属催化剂前驱体溶液里浸泡10‑120min后进行抽滤，在50‑100℃温度下烘干3‑24h，重复1‑10次，使织物上的碳纤维表面均匀地包裹一层无机金属催化剂前驱体和糖类聚合物混合物，得到预处理的碳纤维织物；（2）碳源与有机金属催化剂前驱体混合溶液制备以含有芳香环类的物质作为碳源，以含有铁基、钴基和镍基的有机金属化合物中的一种或几种作为有机金属催化剂前驱体，有机金属离子在碳源中的浓度为0.01‑0.3g/ml；将此溶液超声分散10‑90min，制得碳源与有机金属催化剂前驱体的混合溶液；（3）松针状碳纳米管/碳纤维导电网络复合碳材料制备将步骤（1）预处理的碳纤维织物以0‑180℃的角度置于管式炉温区内，采用化学气相沉积法，以氩气、氮气、氦气的一种或几种与氢气按体积比为1‑10:1混合作为载气，管式炉以1‑10℃/min的速率升温至600‑900℃；将步骤（2）配置的混合溶液以0.4‑2.0ml/min的线速度注射至管式炉内，保持反应炉内压力不变，生长时间为15‑120min，生长结束后关闭载气，温度达到400‑700℃时在空气氛围下纯化碳纳米管，待管式炉降至室温，得到在碳纤维织物上制备的松针状碳纳米管/碳纤维导电网络复合碳材料。