[发明专利]一种化学镀钴改性碳纳米管的电磁屏蔽材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体来说是一种化学镀钴改性碳纳米管的电磁屏蔽材料及其制备方法。 

背景技术

碳纳米管又名巴基管，被誉为“纳米之王”，是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝管状层结构，每层碳纳米管是由一个碳原子通过sp²杂化与周围三个碳原子完全键合而成的由六边形平面组成的圆柱面，每层由大∏键电子系统构建，包括六边形环和顶端的五边形环，类似于六边形晶格卷曲成管状的微观结构。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm。碳纳米管是目前强度最高、最细的纤维，具有极高的长径比(直径为零点几纳米到几十纳米，长度为几微米到几百微米，甚至2mm)，顶端曲率半径小。碳纳米管的结构可以看成是由石墨片层按照一定的螺旋角度卷绕而成的无缝圆筒。石墨层片中的碳原子以sp²杂化为主，同时混杂有sp³杂化。碳纳米管中的石墨层片从一层到数十层。由一层石墨层片卷绕而成的碳纳米管即为单壁碳纳米管；由多于一层的石墨层片卷绕形成的碳纳米管称为多壁碳纳米管，多壁碳纳米管层与层之间的距离大约0.34nm。理论计算表明碳纳米管的比表面积可在50～1315m²/g的较大范围内变化。多壁碳纳米管经测定的比表面积为10～20m²/g，单壁碳纳米管比表面积值要比多壁碳纳米管大一个数量级。另外，单壁碳纳米管的密度非常低，只有0.6g/cm³。而多壁碳纳米管的密度随其结构而变化，在1～2g/cm³之间。由于碳纳米管具有近乎完美的键合结构，阻碍了不纯物质及缺陷的介入，使其具有优异的力学性能、电学性能和磁性能；同时，碳纳米管具有螺旋、管状结构，预示其具有不同寻常的电磁性能，碳纳米管具有宽带电磁波吸收特性，其导电性可调变，碳纳米管的大比表面积和纳米通道使其极容易掺杂纳米磁性材料，在获得高的电损耗性能的同时，获得高的磁损耗性能，从而获得形态结构可控制、质量轻、吸收电磁波频带宽、高温抗氧化性能强的电磁屏蔽材料。 

纳米磁性材料的研究是磁性材料研究的一个较新领域，制备方法较多，但许多技术还有待改进。其中，对轻质载体进行包覆的方法中的气相沉积和溶胶-凝胶技术需要昂贵的设备或复杂的技术。而化学镀技术工艺设备简单，操作方便，能适合形状复杂的物体，许多金属都可经化学镀沉积在几乎所有处理后的衬底上。 

传统的化学镀工艺是在大块材料的表面通过可控氧化还原反应实现金属的沉积与镀覆的过程。碳纳米管属于纳米尺寸的材料，尺寸十分微小，比表面积大，通过化学镀方法在碳纳 米管表面实现金属的沉积与镀覆存在一定的难度；同时，碳纳米管的大长径比决定了碳纳米管分散性差，自身极易团聚，在化学镀过程中保证碳纳米管的分散性也较为困难。目前，对碳纳米管化学镀的研究主要着眼于金属Ni或Ni-P合金，以提高复合材料的电磁性能，对于磁性能的研究相对较少。 

发明内容

本发明提出了一种化学镀钴改性碳纳米管的电磁屏蔽材料及其工艺制备方法。通过化学镀工艺，在多壁碳纳米管表面包覆磁性金属Co，所得的改性多壁碳纳米管表面包覆有尺寸为几十纳米至几微米的磁性金属Co颗粒，磁性金属Co在多壁碳纳米管表面的包覆能够改善多壁碳纳米管原本较差的磁性能。相比金属Ni，金属Co具有较高的居里温度，同时磁性能也较好。为了获得具有较好耐高温性能的电磁屏蔽材料，本发明中拟在多壁碳纳米管表面通过化学镀方法包覆金属Co，并通过热处理来研究高温条件下改性多壁碳纳米管的磁性能及电磁波吸收性能。 

本发明提出一种化学镀钴改性碳纳米管的电磁屏蔽材料的制备方法，具体包括以下几个步骤： 

步骤一：多壁碳纳米管的酸化预处理： 

1.取浓硫酸、浓硝酸按照体积比为3∶1进行混合，60～65℃添加1.00g多壁碳纳米管(即由多于一层的石墨层片卷绕形成的碳纳米管)，超声搅拌回流4h以上，形成混合物；接着将混合物缓慢加入到去离子水中，真空抽滤，并用去离子水反复洗涤，直至溶液呈中性。上述原料添加的比例为每1.00g多壁碳纳米管，加75ml浓硫酸，25ml浓硝酸； 

2.将上述抽滤并洗涤之后的多壁碳纳米管置于真空度为-0.1MPa、温度为60～80℃条件下烘干，得到酸化预处理后的多壁碳纳米管。 

步骤二：多壁碳纳米管的前处理：