[发明专利]一种高强度耐高温纳米碳复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高强度耐高温纳米碳复合材料及其制备方法与应用。所述纳米碳复合材料主要由表面及内部分布有选定物质和/或选定物质的前驱体的二维或三维聚集结构经固化处理形成，所述二维或三维聚集结构主要由多个碳材料密集交织形成，所述选定物质包括金属或非金属单质、金属化合物或非金属化合物中的任意一种或多种的组合。所述制备方法包括：以碳材料聚集网络结构作为过滤体，对包含有选定物质和/或选定物质前驱体的液相体系进行过滤，或者，使碳材料聚集网络结构浸置于所述液相体系中，之后固化。本发明的纳米碳复合材料具有力学强度好、柔韧、高温可承载特性等优点；且制备工艺简单，原料易得，可重复度高，易于规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种纳米碳复合材料，特别是一种具有高力学强度和耐高温特性的纳米碳复合材料及其制备方法与应用，属于纳米微复合材料技术领域。

背景技术

纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料，是20世纪末出现的一种具有超高比表面积，兼具优异的力学和电学特性的新型材料，包含有碳纳米管和石墨烯、碳纳米纤维和富勒烯等。目前，纳米碳材料可通过多种方法制备成薄膜进一步应用，比如，将纳米碳材料分散到溶液中，抽滤到纸上形成薄膜，或者直接将其做成涂料，涂在某些基底上，而浮动催化化学气相沉积法工艺简单，制备成本低且生产效率高，是制备大量连续纳米碳薄膜材料的最有效方法。然而，这些纳米碳薄膜材料含有多个纳米碳结构单元，但并不连续，薄膜强度低，都不足以作为增强体应用。过去，业界研究人员通常采用高分子来增强纳米碳材料，但是高分子一般都是绝缘的，会大大降低纳米碳薄膜的导电性，并且高分子材料的氧化温度较低，高分子复合的纳米碳薄膜在高温作用下，力学增强效果会大大减弱。

目前，已有文献(L.W.Yang et al./Composites Part B 119(2017)10-17)报道，将浮动催化化学气相沉积法制备的碳纳米管薄膜放置于碳化硅陶瓷的前驱体溶液中先真空渗透4小时，随后在Ar气中1000℃保持0.5小时，最终可获得CNT/SiC的复合片材。通过多次的渗透热解循环提高CNT/SiC片材的质量分数，制备具有不同孔隙率的CNT/SiC片材。但是该方法的缺点是制备过程条件要求高，需要Ar气和高温过程，并且制备出的CNT/SiC复合膜是完全脆性的，不利于所制备的复合膜的广泛应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高强度耐高温纳米碳复合材料及其制备方法与应用，从而克服了现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种高强度耐高温纳米碳复合材料，它主要由表面及内部分布有选定物质和/或选定物质的前驱体的二维或三维聚集结构经固化处理形成，所述二维或三维聚集结构主要由多个碳材料密集交织形成，所述选定物质包括金属或非金属单质、金属化合物或非金属化合物中的任意一种或多种的组合。

进一步地，所述二维或三维聚集结构为薄膜形态的。

进一步地，所述二维或三维聚集结构中至少部分碳材料表面附着有所述选定物质。

进一步地，所述二维或三维聚集结构中于相邻碳材料之间的间隙内或相邻碳材料的搭接处分布有选定物质。

进一步地，所述选定物质的前驱体包括盐。

进一步地，所述非金属化合物包括二氧化硅、碳化硅和氮化硼中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，所述金属化合物包括二氧化钛、三氧化钨和四氧化三铁中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，所述碳材料包括碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维和富勒烯中的任意一种或两种以上的组合。

本发明实施例还提供了一种高强度耐高温纳米碳复合材料的制备方法，其包括：