[发明专利]一种功能化碳纳米管及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及功能化碳纳米管及其制备方法和应用，该功能化碳纳米管为有机低聚物离子液体修饰的碳纳米管，采用如下方法制得：将磺化碳纳米管加入到装有去离子水的反应器中，超声分散均匀，再向体系中加入配置好的有机低聚物离子液体，有机低聚物分子式为C₉H₁₉C₆H₄(OCH₂CH₂)O(CH₂)₂N⁺(CH₃)₃Cl，室温下反应，透析干燥得到功能化碳纳米管。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：简化了传统制备磺化碳纳米管的方法；该功能化碳纳米管制备方法克服了传统物理包覆不均匀的问题，结构可调，具有很高的应用前景；功能化碳纳米管的表面有机层有效的阻隔了碳纳米管之间的导通，从而有效改善了抗电击穿性能。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一类可应用于高性能聚合物基纳米复合材料领域的功能化碳纳米管及其制备方法和应用。

背景技术

碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)具有独特的结构、奇异的物理和化学性能以及其他潜在的特种功能，自Iijima教授发现以来，一直是科学界研究的前沿课题和社会关注的热点问题。研究表明，CNTs在电子器件、微探针技术、场发射、增强复合材料和储氢材料等众多技术领域均有重大应用前景。碳纳米管的碳原子主要以sp²杂化为主，由于形成的六元环网状结构按一定的曲率弯曲，形成空间拓扑结构，所以也存在一定的sp³杂化碳原子。碳纳米管又分为单壁碳纳米管(SCNTs)和多壁碳纳米管(MCNTs)。

碳纳米管虽然具有高比模量、高导电性及高热稳定性等优异性能，但因超高的表面能及化学惰性，使得碳纳米管极易团聚，很难在各种基体中均匀分散，这极大地影响了其性能，从而限制了在各种领域的应用。因此对碳纳米管进行化学修饰显得尤为重要，不仅可以有效改善他在基体中的分散稳定性，还可赋予其新的性能，从而使它应用领域更加广泛。

发明内容

本发明的目的在于克服现有碳纳米管易团聚、分散性差的问题，提供一种功能化碳纳米管的制备方法，并且将其应用在耐高温、高储能密度的聚酰亚胺基复合介电材料中。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种功能化碳纳米管的制备方法，其特征在于：该功能化碳纳米管为有机低聚物离子液体修饰的碳纳米管，采用如下方法制得：

将磺化碳纳米管加入到装有去离子水的反应器中，超声分散均匀，再向体系中加入配置好的有机低聚物离子液体，有机低聚物分子式为C₉H₁₉C₆H₄(OCH₂CH₂)O(CH₂)₂N⁺(CH₃)₃Cl，室温下反应，透析干燥得到功能化碳纳米管。

按上述方案，按质量份数，所述的磺化碳纳米管的用量为1-5份，所述的去离子水的用量为20-100份，所述的有机低聚物离子液体的用量为20-100份。

按上述方案，所述的磺化碳纳米管采用下述制备方法获得：

步骤1)：将对氨基苯磺酸加入碱性溶液中，搅拌均匀，加入亚硝酸钠水溶液，降温，逐滴加入少量盐酸，得到重氮盐溶液；反应体系先呈无色透明状，加入盐酸后，变为淡黄色，随着盐酸的加入，黄色加深并逐渐转化为深橙色。

步骤2)按质量份数，将1-5份多壁碳纳米管加入步骤1)得到的40-200份重氮盐溶液中，室温下搅拌反应，抽滤、洗涤、干燥得磺化的碳纳米管。