[发明专利]一种大规模、快速改善碳基底亲水性的微波方法及其应用

说明书

本发明公开了一种可大规模、快速改善碳基底亲水性的微波方法，属于功能材料的技术领域。将未做任何处理的碳基底如碳布、碳纤维等放置于充满空气或N₂的微波反应器中进行微波反应5～600s，或表面用水滴覆或有机溶剂浸润后的碳基底放置于微波中进行微波反应5～600s，发现其亲水性能得到极大的提升。微波法改善碳基底亲水性的实验具备所需时间短，反应温度高达几千摄氏度，设备成本低廉，实验步骤简单，对环境无害等特点，可满足工业上大规模快速的制备碳布亲水性实验的需求。

技术领域

本发明涉及一种有关可大规模、快速改善碳基底亲水性的微波方法，属于功能材料的改进技术领域。

背景技术

近年来，随着电子技术快速发展，人们对高比容量储能器件和可穿戴式电子器件有非常大的需求。碳基材料由于具有发达的细孔结构，比表面积较大，质轻等优点，可作为电极材料应用于能源储存领域；而柔性的碳基材料为可穿戴设备提供了优异的载体。传统的碳基材料及改进方法存在储能低，功能单一等缺点，因此不能满足当前的需求。通过功能复合的碳基复合材料能有效提升碳基材料的光、电化学性能和应用范围。例如通过复合具有高的储锂容量的过渡金属材料可有效提升材料的储锂性能；通过柔性基底上修饰功能高分子，可获得具有优异传感性能的可穿戴器件。然而，碳基材料表面是非极性的，对极性分子例如水是无亲和作用的，因此限制了碳基在极性溶剂体系内的复合。在实际操作中，往往需要进行表面的亲水处理。如通过工艺控制以及后处理方法，增加碳表面的非碳元素基团，或添加进不同化学成分，使碳布表面改性，碳布能同时负载极性或可极化化合物，与相应的化学成分起化学作用，因而能进一步适应各种特殊用途。因此，根据碳布的表面特性，改变碳布表面基团，对提高碳基底的亲水性能具有十分重要的作用和意义。

目前，针对碳材料不同的应用，己经开发出一系列的表面活化处理方法，例如等离子体表面改性、溶剂热处理、电化学阳极处理、蒸汽处理、离子束注入表面改性等。其中，溶剂热处理中的酸处理的方法反应时间1～48h，反应温度100～220℃，实验环境恶劣、实验步骤复杂，耗时长，对环境造成高度污染；而等离子体表面改性的方法虽然所需时间较短0.5～2h，但实验所需成本高，实验步骤复杂；而蒸汽处理的方法虽然反应较为环保，但反应所需时间10～48h，反应温度高达500～1000℃，往往需要在高温炉内反应，实验所需成本高，实验步骤复杂。针对目前制备碳基亲水性的方法步骤繁琐、所需反应温度高、对环境产生高度污染等一系列问题，大大的限制了它的商业前景。因此，一种步骤简单、反应条件温和、后续处理方便的制备方法亟待开发。

微波技术是一种快速充能并释放能量的技术，本发明所涉及的微波技术是高效的改善碳基底亲水性的技术。在微波辐射下，碳表面形成电偶极子，产生极化电流，电磁波的能量转换为其他形式的能量，碳布所具有的表面效应(比表面积大)，量子尺寸效应等有利于其微波吸收。吸收的能量以电弧的形式放出，产生高热，在碳基材料表面与环境中的O₂或OH^-发生反应，形成众多含氧官能团，以达到亲水的效果。微波法改善碳基底亲水性的实验具备所需时间短，反应温度高达几千摄氏度，设备低廉，实验步骤简单，对环境无害等特点，可满足工业上大规模快速的制备亲水性碳布的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种价格低廉，工艺过程简单、反应快速、环保无害、可大规模提升碳布亲水性的方法，以克服当下碳基底的亲水性生产工艺复杂，能耗高，成本高昂等缺点。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种可大规模、快速改善碳基底亲水性的微波技术。该方法包括以下步骤：

a、将碳基底裁剪成合适微波反应器的大小；

b、将步骤a中裁剪碳基底，放入充有不同气体的微波反应器中用200～1500W功率的微波反应5～600s后，取出后在表面滴1～20滴水，亲水性得到增加；