[发明专利]一种碳纳米管酞菁纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种碳纳米管酞菁纳米复合材料及其制备方法和应用，属于激光防护领域。本发明的碳纳米管酞菁纳米复合材料为碳纳米管与酞菁的复合物，其中碳纳米管为表面经过羧基化或者胺基化的碳纳米管，酞菁为无金属酞菁。其制备方法包括以下步骤：将无金属酞菁溶于浓硫酸中，再加入去离子水，然后将羧基化或者胺基化的碳纳米管加入其中，进行加热反应，过滤，洗涤，真空干燥，得到碳纳米管酞菁纳米复合材料。本发明的纳米复合材料是由羧基化或者胺基化的碳纳米管与无金属酞菁进行复合制备的功能化碳纳米管‑酞菁复合材料，其制备方法简单，制备的复合材料在有机溶剂中的分散稳定性良好，性能稳定，具有良好的三阶非线性光学性能，可用于激光防护。

技术领域

本发明涉及激光防护领域，具体涉及一种碳纳米管酞菁纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

现代科技的进步促进了激光技术在医学、科研、工业生产及军事等领域的广泛应用。由于激光对人眼以及光学仪器都会造成严重的损伤，随着激光技术的不断发展和应用领域的不断扩大，加之大能量、高功率、短脉冲激光器的日益增多，激光防护逐渐受到人们的重视。

碳纳米管是由片层结构的石墨卷成的无缝、中空的同轴管体，层与层之间保持一定的距离，约为0.34nm。由于其特有的力学、电学、光学性质及准一维管状结构，使其具有不同于常规材料的光学性能，通过物理或化学修饰的方法不仅可以改善碳纳米管的表面结构，也可能影响到碳纳米管的光学性质。实验发现碳纳米管具有良好的光限幅性质，是一种优良的光限幅材料。

酞菁是一种人工合成的具有18π电子的大环共轭体系，这种结构与大自然中广泛存在的卟啉很相似。酞菁主要是由8个碳原子交替和8个氮原子相连所组成的具有16中心原子18π电子的二维大环共轭体系。该物质具有鲜艳的光泽、生产所需要的成本较低、优异的光学、热学以及化学稳定性，并且表现出了优异的光电性能，在可见光波段区域有较广的吸收。但是无取代的酞菁溶解性很差，这一弊端在很大程度上限制了它的应用。为了增加其各方面的性能，需要解决其溶解性差的难点，目前一般釆用在酞菁环上引入磺酸基或者羧基等亲水基团以改善其水溶性。

鉴于碳纳米管以及酞菁在光限幅中的性能及分散稳定性问题，功能化碳纳米管和酞菁的复合材料逐渐引起关注。比如利用嵌二萘作为网桥，将酞菁锌和单壁碳纳米管连接在一起，嵌二萘分子内强大的π-π结合力，能够显著改善复合物的稳定性。碳纳米管经过羧基化或者胺基化之后能够显著改善其在溶剂中的分散稳定性，使碳纳米管和酞菁在发挥非线性光学性能的同时避免材料聚集，提高了碳纳米管-酞菁复合材料作为激光防护器件的可行性。

发明内容

本发明的目的是提高碳纳米管-酞菁的分散稳定性及非线性光学性能，进而提供一种碳纳米管酞菁纳米复合材料及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

本发明提供一种碳纳米管酞菁纳米复合材料，所述纳米复合材料为碳纳米管与酞菁的复合物，其中碳纳米管为表面经过羧基化或者胺基化的碳纳米管，酞菁为无金属酞菁。

在上述技术方案中，优选的是：所述羧基化的碳纳米管是由下述方法制备得到：

将碳纳米管分散在浓硝酸中，超声之后加热到100℃～120℃进行羧基化反应，过滤，洗涤，真空干燥得到羧基化的碳纳米管。

在上述技术方案中，优选的是：所述胺基化的碳纳米管是由下述方法制备得到：

将羧基化的碳纳米管分散于氯化亚砜中，封管加热至60℃～90℃得到酰氯化产物，进一步与过量聚醚胺反应制备得到胺基化的碳纳米管。

在上述技术方案中，优选的是：所述聚醚胺的分子量为230～4000。

本发明还提供一种碳纳米管酞菁纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：