[发明专利]一种三维石墨烯—碳纳米管网络结构及其制备方法

说明书

本发明公开一种三维石墨烯—碳纳米管网络结构及其制备方法：通过选用含氯的苯环结构作为碳源，通过化学气相沉积法生长碳纳米管海绵体，接着通过制备聚酰胺酸，将碳纳米管海绵体放入聚酰胺酸溶液中，经过热亚胺化处理，接着经过碳化，石墨化过程，制得这种三维石墨烯—碳纳米管网络结构。本发明的三维石墨烯—碳纳米管网络结构复合材料具有更好的导热性能和机械性能，为碳功能材料的制备提出了新的方法，也扩宽了碳复合材料的应用范围。

技术领域

本发明属于碳功能复合材料领域，更加具体地说，涉及一种三维石墨烯—碳纳米管网络结构及其制备方法，具体地说是一种三维石墨烯—碳纳米管海绵体及其的制备方法。

背景技术

碳纳米管(CNT)和石墨烯(Graphene)分别在1991年和2004年被人们所发现,而且从它们被发现的那天起就一直备受瞩目。尽管引发无数热议，但仍然是诸多领域研发者的重点关注对象，由于其具有许多独特而优异的特性，使石墨烯和碳纳米管在许多领域有着广泛的应用。碳纳米管和石墨烯分别是优良的一维和二维碳材料,它们分别体现出了一维的和二维的各向异性，如导电性、力学性能和导热性等。为了结合两者的优点，人们将石墨烯和碳纳米管共同用于复合材料。石墨烯和碳纳米管复合材料形成三维网状结构，通过它们之间的协同效应，使其表现出比任意一种单一材料更加优异的性能，例如更好的各向同性导热性、各向同性导电性、三维空间微孔网络等特性。基于以上性质，使得石墨烯/碳纳米管复合材料在超级电容器、太阳能电池、显示器、生物检测、燃料电池等方面有着良好的应用前景.由此可见,石墨烯/碳纳米管复合材料越来越多的被人们所应用,也使得石墨烯/碳纳米管复合材料的制备和应用得到更加广泛的关注。

碳纳米管海绵体是一种新型的三维整体功能材料,其具有发达的孔隙结构,超大的比表面积和超轻的密度。目前制备石墨烯海绵体的主要方法有电弧法、化学气相沉淀法、激光蒸发法、浮动催化法等。具有低密度、高导热、耐高温、耐化学腐蚀等性能,在航空航天、卫星、航海等领域得到巨大应用,被认为是是未来最具潜力的材料之一。

石墨烯具有极强的导热性与机械强度，其共轭分子面结构可为声子传导提供理想的二维通道。微米级石墨烯因其具有较大的表面积，增加了与聚合物基体的接触。基于此，人们将石墨烯视为实现高导热的极佳填料，因此受到研究人员的广泛关注。同时碳纳米管也具有良好的导热能力，所以我们可以结合二者的优点制备出质量更轻，导热率更高，散热能力更好，同时具有良好的回弹性的新型碳复合材料，膨胀石墨制备碳基高导热材料也是人们的研究重点，也出现类似专利的授权或公开。中华人民共和国国家知识产权局授权号为CN101407322B、CN100368342C、CN101458049A等发明专利公布了利用压缩膨胀石墨制备导热板的技术，但是现有的都是将石墨烯海绵体与碳纳米管复合，没有涉及制备碳纳米管海绵体的技术内容。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三维石墨烯—碳纳米管网络结构及其制备方法，可实现碳纳米管海绵体与石墨烯的均匀复合，并且性能良好。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种三维石墨烯—碳纳米管网络结构及其制备方法，按照下述步骤进行制备：

步骤1，将碳纳米管海绵体浸渍于聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液中，再使用叔丁醇进行溶剂置换去除二甲基乙酰胺后进行冷冻干燥处理，之后在300—400摄氏度下进行热亚胺化处理，得到聚酰亚胺包覆碳纳米管海绵体的结构，其中：聚酰胺酸的二甲基乙酰胺溶液为等摩尔比的对苯二胺和联苯四甲酸二酐在二甲基乙酰胺反应得到，反应条件为冰浴、惰性保护气体氛围；将含氯的苯环结构作为碳源、无水乙醇和二茂铁混合分散均匀，以此混合溶液进行生长碳纳米管海绵体，将其注射于真空管式炉中，以惰性保护气体为氛围，匀速升温至800—900℃，进行碳纳米管海绵体的生长；

在步骤1中，浸渍采用真空浸渍，时间为0.5～3h，优选1—3小时。

在步骤1中，进行热亚胺化处理的时间为1—5小时，优选1—3小时。