[发明专利]一种包覆有碳材料的四针状氧化锌、具有空心四针状结构的碳材料、填充模型及其制备方法

说明书

本发明公开了一种包覆有碳材料的四针状氧化锌、具有空心四针状结构的碳材料、填充模型及其制备方法。其包括如下步骤：以四针状氧化锌为模板，将四针状氧化锌与碳源的混合悬浮液进行固液分离，干燥，将干燥后的材料进行碳化烧结制得包覆有碳材料的四针状氧化锌；混合悬浮液还含有起泡剂或表面活性剂。具有“空心四针状”结构的碳材料本身由于具有极强的“场致电子发射”效应，可作为空间填充物，增强塑料、橡胶甚至金属等材料的电学效应。

技术领域

本发明涉及三维碳材料技术领域，具体而言，涉及一种包覆有碳材料的四针状氧化锌、具有空心四针状结构的碳材料、填充模型及其制备方法。

背景技术

碳材料有许多同素异形体，例如石墨、钻石、富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。而根据石墨化程度的不同，碳材料具有多样的微观纹理。同时，碳材料也是一种具有丰富维度性的材料(从零维到三维)；其形貌可以是粉末、纤维、泡沫、薄膜。由碳材料制得的碳电极一般是充分极化的电极，它的导电性能仍强烈依赖于热处理过程、微观形貌、杂化及杂原子含量等因素。此外碳材料的两性特征使它既可以得到电子也能失去电子。

现有的许多成熟的化学或者物理活化的方法使我们能够制备出比表面积很大，微观结构可控的材料，这两点性能是作为电极材料所必须考虑的。

目前，尚无四针状结构的碳材料用于制备电极。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包覆有碳材料的四针状氧化锌、具有空心四针状结构的碳材料、填充模型及其制备方法以解决上述技术问题。

本发明是这样实现的：

一种包覆有碳材料的四针状氧化锌的制备方法，其包括如下步骤：以四针状氧化锌为模板，将四针状氧化锌与碳源的混合悬浮液进行固液分离，干燥，将干燥后的材料进行碳化烧结制得包覆有碳材料的四针状氧化锌；混合悬浮液还含有起泡剂或表面活性剂。

四针状氧化锌与碳源混合后，四针状氧化锌表面物理吸附碳源，碳源包覆在模板表面。在含有碳源包覆的四针状氧化锌的悬浮液中加入起泡剂或表面活性剂以防止后续再干燥过程中出现结块的现象。起泡剂或表面活性剂可以降低悬浮液的表面张力，防止直接进行固液分离，样品出现严重的结块现象，影响四针状结构的完整性。

起泡剂为短时间内产生大量气泡的化学试剂，表面活性剂可以是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂。阴离子表面活性剂可以是洗洁精。

通过干燥以获得较为松散的样品，最后通过碳化烧结以获得包覆有碳材料的四针状氧化锌。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述碳源为鞣酸、绿原酸、没食子酸、鞣花酸或(-)-表没食子儿茶素没食子酸。

鞣酸又名单宁酸(C₇₆H₅₂O₄₆)别名：T-ZnO、丹宁酸、没食子鞣酸、鞣制、落叶松烤胶、二倍酸、碳尼酸、鞣酸、柔酸。

选择鞣酸(单宁酸)作为碳源，鞣酸为弱酸，由鞣酸配制的鞣酸溶液呈弱酸性。应严格控制鞣酸溶液与四针状氧化锌的混合时间，以防止二者之间发生过多的化学反应，破坏四针状氧化锌的物理结构。

在其他实施方式中，绿原酸、没食子酸、鞣花酸和(-)-表没食子儿茶素没食子酸也可以作为碳源的一种。

在本发明应用较佳的实施方式中，鞣酸的浓度为100-200mg/ml。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述固液分离方式为抽滤或风干，干燥为真空干燥、风干或冻干。

固液分离方式为风干时，需要进行不间断的抖动，以使得样品形成均匀颗粒状。