CN103623719A - 一种在悬浮液中分散碳纳米管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碳纳米管，特指一种在悬浮液中分散碳纳米管的方法。首先以十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为表面活性剂制备高浓度碳纳米管水悬浮液，在室温下溶胀，并在磁力搅拌器的作用下恒温搅拌；再沿磁场旋转的正交方向施加高频超声振荡，持续0.5-1个小时，得到分散均匀稳定的碳纳米管溶液。本方法具有操作工艺简单，显著提高碳纳米管的分散性，为碳纳米管应用于其他材料和技术领域创造了条件。

Description

一种在悬浮液中分散碳纳米管的方法
技术领域
本发明涉及碳纳米管，特指一种在悬浮液中分散碳纳米管的方法。
背景技术
碳纳米管（CNTs）是一种重要的材料，由于其独特的结构与性能，目前碳纳米管已被作为一个独立的应用领域加以研究；从目前现状可知，不管是国内或国外都在对碳纳米管的分散方法进行研究。
从目前国内研究报道来看，不乏此类的研究与发明专利；主要是从高能球磨、研磨与搅拌、超声波处理、强酸洗涤、使用表面活性剂以及多种方法综合使用等方法来打散碳纳米管团聚体、剪短长碳纳米管、保持碳纳米管分散状态以达到分散出均匀稳定的碳纳米管。
据申请人充分检索，目前研究发明碳纳米管分散方法典型的专利主要存在以下几种：1，公开(公告)号为：CN101049926的专利，该专利运用冷冻干燥法分散出碳纳米管粉末，此法虽然操作简单，分散效果较为明显，但有耗时过长等缺陷；2，公开(公告)号为：CN102172488A的专利，该专利关于在分散碳纳米管在混凝土中对其作用，此法是针对分散碳纳米管/纳米纤维在混凝土中损害碳纳米管/纳米纤维的结构与物理性能，而采用分散剂的方法影响混凝土水化和力学性能的问题，不具有普遍性；3，公开(公告)号为CN101485962的专利，其分散碳纳米管方法是，使碳纳米管在多糖类物质进行超声振荡，此法虽成本低廉无污染，但分散出的碳纳米管在溶液中所占比例不是很高，并局限于多糖类物质；4，公开号为：CN103196969A的专利，该专利涉及制备阿斯巴甜功能化修饰的碳纳米管，方法简单，但应用单一，分散剂功能化的碳纳米管限于修饰电极效果明显。
此外，国外也有专利的在聚合物基质中分散碳纳米管的方法等，此法虽可以限制聚集体的尺寸而不能完全防止聚集体的形成，以获得纳米级的均匀分散。
本发明专利采用化学法与物理法联合使用来分散碳纳米管，即联合表面活性剂与高能超声磁场耦合振荡对碳纳米管进行分散，不仅操作方法简单，工艺耗时较短，而且能显著提高碳纳米管的分散性能，消除大的团聚，分散后的碳管可应用各个领域科学研究，拓展了碳管的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种在悬浮液中分散碳纳米管的方法。
本发明的分散碳纳米管的方法，其步骤如下：
1）将碳纳米管分散在一定浓度的表面活性剂溶液中，形成高浓度的稳定的悬浮液。
2）将悬浮液置于在室温下溶胀，并在磁力搅拌器的作用下搅拌。
3）联合磁力搅拌器与高能超声发生器，施加声磁耦合场振荡处理，即得碳纳米管的均匀稳定的分散液。
步骤（1）中，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠碳（SDBS），表面活性剂溶液浓度为1.5-3mol/L，碳纳米管的加入量为每升表面活性剂溶液加入15-20g碳纳米管。
步骤2）中磁力搅拌器搅拌电流1.5-3A，溶胀时间10-30min。
步骤（3）中，声磁耦合场震荡处理为：同时将超声波发生器沿磁场搅拌正交方向（搅拌磁场旋转的轴向）进行超声振荡，耦合参数为：超声振荡功率为2-4KW,频率为：20MHz；磁力搅拌器搅拌电流1.5-3A；耦合处理时间为0.5-1个小时。
本发明的有益效果在于：
操作方法简单，持续时间较短，经本发明处理的碳纳米管的分散性显著提高，悬浮溶液中无一处大的团聚，并且分散后的碳管可应用各个领域科学研究，拓展了碳管的应用前景，为碳纳米管应用于其他相关领域创造了条件。
具体实施方式
实施例1：
一种单壁碳纳米管在悬浮液中分散的方法如下：
1、取单壁碳纳米管1g；将其放入50ml浓度为1.5mol/L的十二烷基苯磺酸钠（SDBS）溶液中，制备碳纳米管水悬浮液。
2、在室温下溶胀，并在磁力搅拌器的作用下搅拌，磁力搅拌器搅拌电流3A，时间10min。
3、将超声波发生器沿磁场搅拌正交方向进行超声振荡，超声振荡功率为4KW，频率为20MHz，磁力搅拌器搅拌电流3A，声磁耦合持续0.5小时，最终得到分散均匀稳定的碳纳米管悬浮溶液。
实施例2：
多壁碳纳米管在悬浮液中分散的方法：
1、取单壁碳纳米管1g；将其放入66.67ml浓度为1.5mol/L的十二烷基苯磺酸钠（SDBS）溶液中，制备碳纳米管水悬浮液。
2、在室温下溶胀，并在磁力搅拌器的作用下搅拌，磁力搅拌器搅拌电流1.5A，时间30min。
3、将超声波发生器沿磁场搅拌正交方向进行超声振荡，高能超声振荡功率为2KW,频率为：20MHz；磁力搅拌器搅拌电流1.5A，声磁耦合持续1小时，最终得到分散均匀稳定的碳纳米管悬浮溶液。
实施例3：
多壁碳纳米管在悬浮液中分散的方法：
1、取单壁碳纳米管1g；将其放入55.56ml浓度为3mol/L的十二烷基苯磺酸钠（SDBS）溶液中，制备碳纳米管水悬浮液。
2、在室温下溶胀，并在磁力搅拌器的作用下搅拌，磁力搅拌器搅拌电流3A，时间10min。
3、将超声波发生器延磁场搅拌正交方向进行超声振荡，高能超声振荡功率为2KW,频率为：20MHz；磁力搅拌器搅拌电流3A，声磁耦合持续45min，最终得到分散均匀稳定的碳纳米管悬浮溶液。

Claims (4)

1.一种在悬浮液中分散碳纳米管的方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将碳纳米管分散在一定浓度的表面活性剂溶液中，形成高浓度的稳定的悬浮液；
2）将悬浮液置于在室温下溶胀，并在磁力搅拌器的作用下搅拌；
3）联合磁力搅拌器与高能超声发生器，施加声磁耦合场振荡处理，即得碳纳米管的均匀稳定的分散液。
2.如权利要求1所述的一种在悬浮液中分散碳纳米管的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠碳（SDBS），表面活性剂溶液浓度为1.5-3mol/L，碳纳米管的加入量为每升表面活性剂溶液加入15-20g碳纳米管。
3.如权利要求1所述的一种在悬浮液中分散碳纳米管的方法，其特征在于：步骤2）中磁力搅拌器搅拌电流1.5-3A，溶胀时间10-30min。
4.如权利要求1所述的一种在悬浮液中分散碳纳米管的方法，其特征在于：步骤（3）中，声磁耦合场震荡处理为：同时将超声波发生器沿磁场搅拌正交方向（搅拌磁场旋转的轴向）进行超声振荡，耦合参数为：超声振荡功率为2-4KW,频率为：20MHz；磁力搅拌器搅拌电流1.5-3A；耦合处理时间为0.5-1个小时。
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