[发明专利]一种膨胀石墨/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于碳纳米管技术领域，涉及一种膨胀石墨/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的膨胀石墨/碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：将膨胀石墨、过渡金属基催化剂和水混合，进行浸渍负载，得到负载催化剂的膨胀石墨；将碳源置于所述负载催化剂的膨胀石墨表面，热处理进行碳纳米管的原位生长，得到所述膨胀石墨/碳纳米管复合材料。本发明采用将过渡金属基催化剂浸渍于膨胀石墨中，然后利用碳源在催化剂的催化作用下于膨胀石墨中原位生长，碳纳米管分散均匀，数量多。当用于耐火材料（例如：低碳镁碳砖）时，具有更低的弹性模量，避免了剥落。

技术领域

本发明属于碳纳米管技术领域，涉及一种膨胀石墨/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

膨胀石墨作为一种新型碳材料，以其高膨胀率、高电导率以及良好的吸附性、较强的传热和隔热能力等，在密封、阻燃或者储能材料等方面具有重要的应用。碳纳米管可以看作是由单层或多层石墨卷曲而成的筒状石墨，所以碳纳米管具有石墨的一些优点，比如良好的耐热性、耐腐蚀性和热传导性等。目前的研究表明，将碳纳米管引入到膨胀石墨中对材料的耐高温性能有明显提升。

目前，将碳纳米管引入膨胀石墨中制备得到膨胀石墨/碳纳米管复合材料的方法主要为将碳纳米管和膨胀石墨进行混合后，进行高温膨化，使得碳纳米管负载于膨胀石墨的空隙中。然而，上述方法制备得到的膨胀石墨/碳纳米管复合材料应用在耐火材料中时，弹性模量较高，存在易剥落的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种膨胀石墨/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法制备得到的膨胀石墨/碳纳米管复合材料，应用在耐火材料中，弹性模量较低，避免了使用剥落的问题。

为了实现以上目的，本发明提供了一种膨胀石墨/碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：将膨胀石墨、过渡金属基催化剂和水混合，进行浸渍负载，得到负载催化剂的膨胀石墨；将碳源置于所述负载催化剂的膨胀石墨表面，热处理进行碳纳米管的原位生长，得到所述膨胀石墨/碳纳米管复合材料。

优选地，所述碳源包括Carbons P含碳树脂粉；所述碳源中的残碳的质量百分含量≥85%。

优选地，所述过渡金属基催化剂包括硝酸铁、硝酸钴和硝酸镍中的一种或多种。

优选地，所述碳源和所述负载催化剂的膨胀石墨的质量比为333~667：1。

优选地，所述膨胀石墨和水的质量比为1：60~70。

优选地，所述膨胀石墨和过渡金属基催化剂的质量比为100：0.9~1.1。

优选地，所述热处理的温度为1100~1600℃，保温时间为2.5~3.5h。

优选地，升温至所述热处理的温度的升温速率为2.5~3.5℃/min。

本发明还提供了上述所述的制备方法制备得到的膨胀石墨/碳纳米管复合材料，包括膨胀石墨以及在所述膨胀石墨空隙原位生成的碳纳米管。

本发明还提供了上述制备方法制备得到的膨胀石墨/碳纳米管复合材料或上述所述的膨胀石墨/碳纳米管复合材料在耐火材料中的应用。

本发明提供了一种膨胀石墨/碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：将膨胀石墨、过渡金属基催化剂和水混合，进行浸渍负载，得到负载催化剂的膨胀石墨；将碳源置于所述负载催化剂的膨胀石墨表面，热处理进行碳纳米管的原位生长，得到所述膨胀石墨/碳纳米管复合材料。本发明采用将过渡金属基催化剂浸渍于膨胀石墨中，然后利用碳源在催化剂的催化作用下于膨胀石墨中原位生长，碳纳米管分散均匀，数量多。当用于耐火材料（例如：低碳镁碳砖）时，具有更低的弹性模量，避免了剥落。

另外，实施例的数据表明，本发明提供的负载催化剂的膨胀石墨，应用于耐火材料时，原位生成膨胀石墨/碳纳米管复合材料，使耐火材料具有较高的强度，对耐火材料起到增强、增韧的作用。