[发明专利]一种微波制备碳纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波制备碳纳米管的方法，属于材料制备的技术领域。

背景技术

碳纳米材料，比如碳纳米管(CNTs)、碳纳米纤维(CNFs)、石墨烯等由于其非常显著的独特的性质，比如超高的拉伸强度、弹性模量、导电性能、热传导性能等引起了科学家们的巨大的关注，这些材料被誉为下个时代最具有潜力的材料。其中CNTs是由单层或多层石墨烯围绕同一中心按照一定的角度卷曲，两端由五元环和七元环形成的半球形大富勒烯封住形成的。碳纳米管是碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形网络平面结构围成的圆柱面。这种弯曲的圆筒状结构会产生量子限域和σ-π再杂化，再加上sp2杂化产生的π电子离域结构赋予了CNTs优异的光学、电学、磁学性质。不仅如此，CNTs的轴向结构还赋予了CNTs优异的轴向模量和强度，是用来增强复合材料力学性能的理想材料。

目前为止，合成CNTs的方法主要有化学沉积法、电弧法、激光烧蚀法、气相催化生长法等。这些合成方法需要严苛的实验条件，比如惰性气体保护，高温高压等，大大提高了合成过程的中的危险性。同时也提高了仪器的成本。本发明提供了一种家用微波炉合成的CNTs的方法，操作简单方便，并且在普通大气氛围下即可合成CNTs。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种微波制备碳纳米管的方法，该方法制备碳纳米管简单易行，成本低廉，可大规模生产。

技术方案：本发明提供了一种微波制备碳纳米管的方法，将导电金属材料和二茂铁在混合器中混合均匀，之后将两者的混合物直接进行微波加热，导电金属材料吸收微波迅速升温，体系温度升高，二茂铁分解成铁纳米粒子和环戊二烯基，铁纳米粒子催化环戊二烯基生成碳纳米管。该制备方法具体如下：将导电金属材料和二茂铁混合均匀，之后将两者的混合物微波加热，加热完毕得到碳纳米管。

其中：

所述的导电金属材料为铜材料、钼材料、铁材料、钢材料。

所述的导电金属材料为丝状、块状、球状。

所述的导电金属材料与二茂铁的质量比为1:1-1:100。

所述的将导电金属材料和二茂铁混合均匀的方法是：将导电金属材料和二茂铁放入坩埚中，在混合器100-3500rpm下混合1-100min。

所述微波加热的微波频率为2.40-2.50GHz，微波功率为800～2000W，加热时间为10-60s。

所述微波加热是指将混合物放入微波炉中进行微波加热。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的微波炉制备碳纳米管的方法不需要严苛的实验条件，简单易行，成本低廉，可大规模生产。

附图说明

图1为本发明实施例1中所制备的碳纳米管SEM图；

图2为本发明实施例2中所制备的碳纳米管SEM图；

图3为本发明实施例3中所制备的碳纳米管SEM图；

图4为本发明实施例4中所制备的碳纳米管SEM图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1：

微波加热铜丝和二茂铁混合物制备碳纳米管：

1、混料——将1根铜丝(0.02g)、二茂铁(2g)放入坩埚中，在混合器100rpm下混合100min，得到均匀的混合物；

2、微波——将混合好的铜丝和二茂铁放入微波炉(2.45GHz、800W)中加热，加热时间为20s；

3、成品——微波加热完毕，取样，即可得到目标产物。

制得的碳纳米管的SEM图如图1所示。

实施例2：

微波加热钼丝和二茂铁混合物制备碳纳米管：

1、混料——将3根钼丝(0.4g)、二茂铁(4g)放入坩埚中，在混合器2500rpm下混合50min，得到均匀的混合物；

2、微波——将混合好的铜丝和二茂铁放入微波炉(2.45GHz、1000W)中加热，加热时间为40s；

3、成品——微波加热完毕，取样，即可得到目标产物。

制得的碳纳米管的SEM图如图2所示。

实施例3：

微波加热铁丝和二茂铁混合物制备碳纳米管：

1、混料——将5根铁丝(1g)、二茂铁(1g)放入坩埚中，在混合器3500rpm下混合1min，得到均匀的混合物；