[发明专利]多膜层相隔成多个规则排列孔道的宏观体及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种宏观体及其制备方法，属于纳米材料新结构制备技术领域，尤其涉及一种多膜层相隔成多个规则排列孔道的宏观体及其制作方法，具体适用于制作出内部孔道有序排列的宏观体。

背景技术

碳纳米管是由石墨层卷曲成的无缝纳米管，这种独特的一维纳米纤维材料具有优异的力学、电学、热学和多功能特性，在催化剂载体、生物传感器、能量储存、过滤膜等领域有巨大潜在应用，将碳管组装成三维宏观体结构是实现其众多应用的必经步骤。

申请号为201210489960.X，公开日为2013年2月20日的发明专利申请公开了一种蜂窝状碳纳米管宏观体及其制备方法，该蜂窝状碳纳米管宏观体含两级孔结构，一级是分布在几十微米的微米孔，一级是分布在几十纳米的纳米孔，但这两级孔都呈三维无规则堆积，导致该宏观内部形成的孔处于无序、杂乱状态，无法形成有序的孔道，因而在某些方面无法满足实际使用要求，例如应用在需要气流沿催化剂载体某个确定向的进入/流出等。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的宏观体内无法存在有序孔道的缺陷与问题，提供一种宏观体内存在有序孔道的多膜层相隔成多个规则排列孔道的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：多膜层相隔成多个规则排列孔道的宏观体，该宏观体包括多个碳纳米管膜层，且碳纳米管膜层内含有多根碳纳米管；

所述碳纳米管膜层包括厚膜层与薄膜层，厚膜层厚于薄膜层，多个厚膜层的排布形式是两两相互间隔、呈横排分布，相邻的两个厚膜层之间设置有多个两两相互间隔、呈竖列分布的薄膜层，相邻的两个厚膜层的内壁分别与其内部薄膜层的上下两边相连接，相邻的两个厚膜层与其内部的薄膜层一同围成多个相互间隔、呈竖列分布的孔道，该孔道的延伸方向与构成其侧壁的薄膜层的延伸方向相同。

所述孔道的径宽为1000纳米–100微米。

所述碳纳米管膜层的厚度为1000纳米–10微米，且碳纳米管膜层上含有多个尺寸为5–200nm的纳米孔。

所述碳纳米管膜层由纯碳纳米管组成或由碳纳米管、高分子复合材料组成；

所述碳纳米管是单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管；

所述高分子材料是甲基纤维素、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚乙烯吡咯烷酮。

一种上述多膜层相隔成多个规则排列孔道的宏观体的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

先向分散均匀的碳纳米管分散液中加入高分子材料，加入后，再搅拌混合均匀以获得混合分散液，然后将混合分散液置于模具中成型以得到成型体，再将成型体置于液氮中浸泡0.5–4h进行冷冻以得到冷冻体，然后将冷冻体置于真空环境下干燥，干燥后即可制得所述多膜层相间隔成多个规则排列的孔道的宏观体。

所述成型体置于液氮中的浸泡时间是2h。

所述碳纳米管分散液的浓度为1wt%–10wt%，所述高分子材料的质量为碳纳米管分散液的0–20wt%。

所述碳纳米管分散液是水性或油性分散液，且当碳纳米管分散液为油性分散液时，分散液溶剂为乙醇、丙酮或甲基吡咯烷酮中的至少一种。

所述高分子材料加入后的搅拌速度是1000r/min。

所述宏观体的形状由成型体决定；所述宏观体的形状为规则形状或不规则形状。

与现有技术相比，本发明的有益效果为： 

1、本发明多膜层相隔成多个规则排列孔道的宏观体及其制作方法所制作的宏观体内的碳纳米管膜层分成厚膜层、薄膜层两种，其中，厚膜层两两间隔、呈横排分布，同时，在每相邻的两个厚膜层之间设置有多个两两相互间隔、呈竖列分布的薄膜层，且相邻的两个厚膜层的内壁分别与其内部薄膜层的上下两边相连接，此时，相邻的两个厚膜层与其内部的薄膜层就一同围成多个相互间隔、呈竖列分布的孔道，每两个相邻的两个厚膜层之间都形成有这种规则排列的孔道，以致整个宏观体的内部形成有层层分布、每层呈竖列分布的多孔道结构，十分有序，该种结构非常利于引导气流沿固定方向进入/流出，从而扩大本宏观体的应用范围。因此，本发明制作出的宏观体内形成有多层有序孔道，应用范围较广。

2、本发明多膜层相隔成多个规则排列孔道的宏观体及其制作方法在制作宏观体时，依次经历混合分散液、成型体、冷冻体、宏观体这四个步骤，其中，成型体置于液氮中浸泡0.5–4h进行冷冻以得到冷冻体是关键，该步骤能让液体迅速变为结晶体，从而形成本宏观体独特的内部多孔道有序排列的结构。因此，本发明能够制作出内部孔道有序排列的宏观体。