[发明专利]球形碳-铝复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种球形碳-铝复合材料，属于复合材料领域。

发明背景

电爆炸技术利用电能在瞬间释放的巨大能量来合成纳米粉体材料，这种方法的基本原理是在惰性气氛下，利用强电流在极短的时间内通过原料金属丝，使金属丝发生爆炸，金属导线经过等离子体化，升华，液化，凝固形成粉体颗粒。电爆炸法广泛的应用于Al、Ag、Au、Cu等金属粉末材料的制备。通过电爆炸法制备的金属粉末处于亚稳态，其内部贮有“过剩”能量，此能量可达到甚至超过自身的熔化热。在真空或惰性气氛的环境下，将粉末加热到200℃～500℃阈值温度时，过剩的能量便以热和辐射的方式释放出来，随后粒子就有高能的亚稳态转变为稳定态。在转变过程中，粒子表现出极高的化学活性。

电爆炸制备的铝粉，具有较高的反应活性，且单质铝含量较高，可达85％-90％。但是电爆炸制备的铝粉对空气中的氧气和水分较敏感。例如A.A.Gromov，Yu.I.Strokova，and A.A.Ditts《Passivation films on particles of electroexplosion aluminum nano-powders：a d review》Russian Journal of Physical Chemistry B，2010，Vol.4，No.1，pp.156-169一文指出电爆炸铝粉长期放置，其活性铝含量下降，热化学活性降低。又如M.I.Lerner，N.V.Svarovskaya，S.G.Psakhie，and O.V.Bakina.Production technology，characteristics and some application of electric-explosion nano-powders of metals.Nanotechnologies in Russia，2009，Vol.4，Nos.11-12，pp.741-757指出常压下电爆炸铝粉在35℃的条件下就可以与水蒸气发生氧化反应，放出氢气。尽管对电爆炸制备的铝粉经过钝化处理形成双层核壳结构，但该电爆炸制备的铝粉的双层核壳结构仍不能有效隔绝空气中的氧气和水分，影响电爆炸制备的铝粉的热化学活性。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是克服现有技术的不足和缺陷，提供一种的能有效隔绝空气中的氧气和水分，且保持电爆炸制备的铝粉的热化学活性的球形炭-铝复合材料。本发明的球形碳-铝复合材料具有良好的耐水性能，同时形成的复合材料后核壳内部单质铝由多晶态变为单晶态，提高了铝粉材料的稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明的球形碳-铝复合材料，其粒径为150-300nm，该球形碳-铝复合材料具有非晶态碳层、氧化铝层和单质铝三层核壳结构。

所述非晶态碳层为最外层，其厚度约3.4～4.5nm，沿氧化铝层表面形成。

所述氧化铝层为中间层，其厚度约为3～3.5nm。

所述单质铝为球形碳-铝复合材料内核，呈单晶态排布。

本发明的优点：本发明涉及的球形碳-铝复合材料具有非晶态碳层、氧化铝层和单质铝三层核壳结构；由于在疏松的氧化铝层表面有一层致密的无定形碳，有效的阻止了内部的单质铝与空气中氧气以及水份的接触，使得这种球形碳-铝复合材料与电爆炸法制备的铝粉相比表现出良好的耐水耐氧的特性；这种球形碳-铝复合材料对水依然不敏感在160℃水热条件下处理24小时，球形碳-铝复合材料依然保持为球形，没有发生水解现象；而在160℃水热条件下处理24小时，具有双层核壳结构的电爆炸法制备的铝粉发生反应，原有的形状完全被破坏，形成花簇状的AlO(OH)。经过DSC分析可知，与电爆炸铝粉相比所得的球形碳-铝复合材料在250℃以下，无放热现象；同时球形碳-铝复合材料放热峰位置基本未发生变化，但放热峰的峰宽变窄即放热温区变窄，峰高变高，放热过程更加明显，表明形成碳-铝复合材料，保持的材料原有的热化学活性的同时又增强了稳定性；球形碳-铝复合材料与电爆炸铝粉相比内部单质铝由多晶态变为单晶态，消除了电爆炸铝粉中存在的晶格错位。

附图说明：图1，电爆炸铝粉与球形型碳-铝复合材料XRD图

图2，球形碳-铝复合材料SEM图

图3，球形碳-铝复合材料TEM图

图4，电爆炸铝粉TEM图

图5，电爆炸铝粉与球形碳-铝复合材料DSC图

图6，球形碳-铝复合材料TG-DTA图

图7，电爆炸铝粉水热处理图

图8，球形碳-铝复合材料水热处理图