[发明专利]含有碳纳米颗粒的复合材料

说明书

在前的申请和其中或其审查期间引用的所有文件(“申请引用文件”)以及申请引用文件中引用或提及的所有文件、和本文中引用或提及的所有文件(“本文中引用的文件”)，以及本文中引用的文件中引用或提及的所有文件与本文中或通过引用结合到本文中的任何文件中所提及的任何产品的任何生产商说明、描述、产品说明书和产品资料一起通过引用结合到本文中并可用于本发明的实施中。本申请中任何文件的引用或指定并非承认该文件是对于本发明而言可得到的现有技术。应指出，在本申请公开特别是各段落或段落组合中，术语如“包含”等可以具有美国专利法所赋予的意义；例如，其可指“包括”、“含有”等；术语如“基本由......组成”具有美国专利法所赋予的意义，例如其考虑到没有明确列举的要素但排除现有技术中发现的或影响本发明的基本或新特征的要素。本发明的实施方案是在本文中公开的或从详细描述中显而易见的和涵盖在详细描述中的。通过实施例给出但不是用来使本发明仅仅限于所描述的具体实施方案的详细描述最好结合附图理解。

技术领域

本发明涉及通过溶胶/凝胶法生产复合材料的方法，所述复合材料包含碳纳米颗粒和有机聚合物材料。本发明还涉及利用所述溶胶/凝胶技术生产的复合材料。

背景技术

复合材料，特别是陶瓷，由于其力学性质和其热或化学稳定性而用作承受高热和机械张力的机器、设备或部件等的功能性部件的结构材料。特别是多孔陶瓷，由于其具有有利的性质而越来越多地用于膜、过滤器、催化剂或传感器中。

此外需要具有一定的电、介电、磁或光性质或甚至是半导体、铁磁或超导性质的功能化复合材料。

美国专利6,255,241公开了生产分散有富勒烯的陶瓷的方法，其中使用了所谓的胶束形成法，其形成C₆₀胶束以使基于碳的颗粒在所得材料中均匀分布。该现有技术方法还需要干燥溶胶或凝胶并随后进行热处理以获得陶瓷材料。

美国专利6,066,272公开了通过溶胶/凝胶法结合了均匀分散的富勒烯分子的光学玻璃和聚合物，得到的材料可用作滤光器。

普通陶瓷的缺点在于材料的脆性，这是与其稳定的二或三维结构的形成工艺有关的问题之一。此外，如果陶瓷材料部件与例如金属部件一起应用时，(不同的)原材料不同的热膨胀系数会在所形成的材料内导致应力。

如果使用烧结工艺来形成陶瓷材料，则孔的尺寸和分布不能得到控制并且在金属基材情况下在典型的热条件下可能导致基材脆化并因此不利地影响材料的性质。

此外，这些材料在高压和/或高温条件下通过烧结生坯的热处理形成。这些工艺费用高昂，还需要进行另外的复杂的后处理。

本发明的一个目的是提供生产复合材料的方法，所述方法可“裁剪”复合材料的性质，如耐机械应力性、导电性、冲击强度或光学性质。

本发明的另一目的是提供新的复合材料，其中所形成材料的多孔性可多种多样，以用于多种应用领域而不对物理和化学稳定性带来负面影响。

本发明的另一目的是提供生产复合材料的方法，其中，溶胶/凝胶向复合材料的转化可用基本无差错的烧结工艺获得特别稳定的材料。

发明内容

本发明解决的问题是生产材料的方法，所述方法包括：

a)使至少一种经化学改性的碳纳米颗粒与至少一种溶胶/凝胶形成组分反应形成溶胶/凝胶，

b)任选地，向所形成的溶胶/凝胶中加入有机聚合物材料，

c)将所得混合物转化为固体复合材料。

附图说明

图1为按实施例2生产的凝胶其表面在氧化热解前的SEM图(放大50,000倍)，表明富勒烯颗粒在固体凝胶网络中分布得几近完美。

图2为与图1中相同的材料在氧化热解后的SEM图(放大50,000倍)，表明平均孔径为约1nm的均匀多孔性。

图3为按实施例5生产的柱形复合材料体的断裂边表面的SEM图(放大5,000倍)。

具体实施方式

溶胶/凝胶法广泛用来构筑不同类型的网络。形成溶胶或凝胶时组分的连接可以通过多种方式发生，如通过现有技术中通常已知的水解或非水解溶胶/凝胶工艺。

本说明书中所用的术语“溶胶/凝胶”指溶胶或凝胶。溶胶可通过例如老化、熟化、提高pH、蒸发溶剂或本领域内已知的任何其他方法转化为凝胶。

本发明的包含基于碳的纳米颗粒的复合材料具有有利的性质，例如其可在低温下从溶胶和/或凝胶加工而几乎没有任何质量和/或体积收缩。

特别是，本发明的方法中制备的溶胶也适于在几乎任何类型的基材上涂布多孔或无孔的膜涂层。按本发明的方法可获得具有独特性质的薄或厚涂层以及一定形状的块体复合材料。

碳纳米颗粒