[发明专利]一种瘤状结构堆叠式碳纳米管宏观体及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高密度碳纳米管宏观体，属于纳米材料领域，尤其涉及一种瘤状结构堆叠式碳纳米管宏观体及其制作方法，具体适用于制作均匀度较高、密度较大的瘤状结构堆叠式碳纳米管宏观体。

背景技术

碳纳米管是单层或者多层石墨层卷曲形成的一维管状纳米材料，具有优异的电学、热学、力学性能，是一种新型多功能纤维材料。目前，碳管的应用主要集中在锂离子电池电极材料和复合材料领域。少量的碳管添加到锂离子电池正负极材料中可显著改善电池电化学性能，而少量的碳纳米管添加到基体材料中制备复合材料，则对复合材料的性能改善不明显，因而，进一步提高复合材料中碳纳米管的含量成为研究人员努力的方向。

碳管加入到基体中制备复合材料很难获得高碳纳米管含量的复合材料，一方面，一维纳米结构碳纳米管具有大的长径比，在基体中分散时易相互缠绕；另一方面，制备复合材料可先通过浸渍复合工艺将碳纳米管制备成宏观体结构，再浸渍复合基体材料，通过控制碳管宏观体中碳纳米管体含量可获得不同碳纳米管含量的复合材料。因此，开发高碳纳米管含量的宏观体成为制备高碳管含量复合材料的关键。

中国专利专利号为ZL200510061453.6，授权公告日为2007年11月14日的发明专利公开了一种多孔碳纳米管预制体的制备方法，该方法是将每克碳纳米管与0.01–4ml的含有粘合剂的造孔剂溶液，其中粘合剂的浓度为0.01–20％混合，经搅拌、研磨达到均匀混合后，放入模具中，施加1–100MPa的压力，以0.5–5℃/分钟的速度升温至50–300℃，保压0.5–12h后，自然冷却至常温并卸压，即得多孔碳纳米管预制体。虽然该发明可以制得任意尺寸和形状的气孔结构稳定的多孔碳纳米管预制体以用于聚合物基复合材料或生物医用材料的制备，但该发明仍旧具有以下缺陷：

首先，该发明将碳纳米管、粘合剂混合以制得多孔碳纳米管预制体，由于碳纳米管有大长径比难在粘合剂中分散，因而碳纳米管在混合后的浆液中不能均匀分布，导致制得的多孔碳纳米管预制体为非均质结构，其均匀度较低； 

其次，由于碳纳米管有大长径比难在粘合剂中分散，因而该发明制得的多孔碳纳米管预制体中只含有较少的碳纳米管，碳管含量较低，其碳纳米管密度较小。

再次，该发明在进行浆液成型时，不仅对温度、时间有要求，还对压力有要求，要求较多，不便于操作。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的均匀度较低、碳纳米管密度较小、不便于操作的缺陷与问题，提供一种均匀度较高、碳纳米管密度较大、便于操作的瘤状结构堆叠式碳纳米管宏观体及其制作方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种瘤状结构堆叠式碳纳米管宏观体，所述碳纳米管宏观体为碳纳米管的聚集体，且相邻的碳纳米管相互缠绕；

所述碳纳米管宏观体由多个瘤状的碳纳米管簇堆叠而成，相邻的碳纳米管簇之间通过碳纳米管连接；

所述碳纳米管簇由碳纳米管缠绕而成，且碳纳米管簇内的碳纳米管均匀分布；

所述碳纳米管簇之间分布有微米级空隙，碳纳米管簇内的碳纳米管之间分布有纳米级空隙，且微米级空隙的数量小于纳米级空隙的数量。

所述微米级空隙的大小为1–15um，纳米级空隙的大小为20–500nm。

所述碳纳米管簇内的碳纳米管的密度大于碳纳米管簇之间的碳纳米管的密度。

所述碳纳米管宏观体的体积密度为0.3g/cm³–1.0g/cm³，孔隙率为40%–85%。

一种上述瘤状结构堆叠式碳纳米管宏观体的制作方法，所述制作方法依次包括以下步骤：

第一步：先将碳纳米管放入混料机中进行混合以得到均匀的混合料，再将混合料放入模具中；

第二步：先对模具中的混合料进行压制，压制方式为双向加压或等静压，再保压，保压结束后即可获得所述瘤状结构堆叠式碳纳米管宏观体。

所述第一步中，先将碳纳米管、润滑剂放入混料机中进行混合以得到均匀的混合料；

所述润滑剂与碳纳米管的用量比小于等于5%，所述润滑剂为石墨烯、石墨烯微片、片状石墨、导电石墨或硬脂酸锌。

所述制作方法还包括后处理工艺，该后处理工艺为：先将获得的碳纳米管宏观体置于惰性气氛或者真空环境中，再在高温下进行石墨化处理，石墨化处理温度为1500–3500℃，石墨化处理时间为1–180 min，石墨化处理结束后即可获得石墨化碳纳米管宏观体。

所述第一步中：所述混合时间为2–4h；