本發(fā)明屬于能源及新材料領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯/納米碳管復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

石墨烯(單層石里)中的碳原子以正六邊形結(jié)構(gòu)構(gòu)成蜂窩狀二維晶體。04年受徹斯特大學(xué)cein等人將石里分裂成碎片，用一種特殊的塑料膠帶粘住碎片的兩側(cè)，撕開膠帶就能將石里薄片一分為二，反復(fù)進(jìn)行這個實驗，最后當(dāng)只剩下一層石墨膜時，就制備出了石墨烯。石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能，石墨烯具有極高導(dǎo)熱系數(shù)，近來被提倡用于散熱等方面，在散熱片中嵌入石墨烯或數(shù)層石墨烯flg可使得其局部熱點溫度大幅下降。這些優(yōu)良的特性，使其具有很廣的應(yīng)用范圍和很好的應(yīng)用前景，可應(yīng)用在高性能納電子器件、復(fù)合材料、場發(fā)射材料、氣體傳感器、通信技術(shù)和成像技術(shù)等領(lǐng)域。石墨烯內(nèi)部具有極高流動性的電子使其能夠以極高的速率處理數(shù)據(jù)，一些石墨烯器件的數(shù)據(jù)處理速度已達(dá)到400千兆赫，是硅器件的數(shù)倍。但由于石墨烯的電子間缺乏帶隙，一旦開始傳輸數(shù)據(jù)則很難再把它關(guān)掉，這嚴(yán)重妨礙了邏輯運算的進(jìn)行。因此，研究者正嘗試調(diào)和石墨烯的電氣性能，例如將石墨烯與其他單層材料相結(jié)合，或者以二硫化鉬和鎢聯(lián)硒化物為材料制造晶體管。

納米碳管(cnt)，管狀的納米級石墨晶體，是單層或多層石墨片圍繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成的無縫納米級管，每層的c是sp2雜化，形成六邊形平面的圓柱面。碳納米管同樣也有天然產(chǎn)出的碳晶特性。使納米碳管成為人們認(rèn)知的碳原子材料?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)自然，自然驗證科學(xué)。石墨烯的大小是數(shù)十納米至數(shù)百納米,相比碳納米軟管橫向豎向的比例一定,細(xì)微的板狀形態(tài),與cnt的結(jié)合相對堅固。

目前有很多研究將石墨烯和納米碳管(cnt)結(jié)合的，多采用化學(xué)沉淀法，這樣做出來的復(fù)合材料不均勻，性能差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是將石墨烯結(jié)合到納米碳管(cnt)中，得到一種導(dǎo)電性能，導(dǎo)熱性能更好的復(fù)合材料。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種石墨烯/納米碳管復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)石墨烯酸化物制造的階段；

(2)石墨烯酸化物投入到cnt纖維的階段；

(3)投入的石墨烯酸化物粘合到cnt纖維的階段。

進(jìn)一步，所述步驟(1)石墨烯酸化物制造的階段包括如下步驟：反應(yīng)器中加入100g黑鉛粉，1l摩爾濃度18.345mol/l的h2so4，溫度在10～20℃時加入100gkmno4，溫度達(dá)到35℃后，維持反應(yīng)器的溫度攪拌2h以上；攪拌時逐漸增加去離子水3l和30％的h2o2100ml，直到溶液的顏色變?yōu)辄S金色，通過過濾紙過濾，濾紙上沉積的槳狀物65℃以上真空干燥，然后加入離子水，超音波分散，得到石墨烯酸化物的分散液。

進(jìn)一步，所述反應(yīng)器是玻璃或陶瓷類反應(yīng)器，攪拌方式為半回分式。

半回分式指的是反應(yīng)器的攪拌方式為半圓弧度攪拌不是通常的圓形攪拌。

進(jìn)一步，所述步驟(2)石墨烯酸化物投入到cnt纖維的階段包括如下步驟：納米碳管制造成納米碳管纖維后放入真空機，得到的納米碳管纖維規(guī)格為長20微米，真空機真空狀態(tài)后投入石墨烯酸化物，從真空機里去除cnt纖維后在20℃-60℃干燥24小時。

進(jìn)一步，所述步驟(3)投入的石墨烯酸化物粘合到cnt纖維的階段包括如下步驟：干燥的cnt纖維上涂滿1-10微米厚度的無機粘合劑，在60～70℃干燥24小時以上，無機粘合劑完全固著為止。

納米碳管(cnt)，管狀的納米級石墨晶體，是單層或多層石墨片圍繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成的無縫納米級管，每層的c是sp2雜化，形成六邊形平面的圓柱面。碳納米管同樣也有天然產(chǎn)出的碳晶特性。使納米碳管成為人們認(rèn)知的碳原子材料。

納米碳管具有如下性能：

1.碳納米管的力學(xué)性能

理論和實驗研究表明，碳納米管具有極高的強度，理論計算值為鋼的100倍。同時碳納米管具有極高的韌性，十分柔軟，被認(rèn)為是未來的超級纖維。

2.碳納米管的發(fā)射性能

單壁碳納米管的直徑通常是幾個納米，長度可以達(dá)到幾十至上百微米，長徑比很大，而且其結(jié)構(gòu)完整性好，導(dǎo)電性很好，化學(xué)性能穩(wěn)定，具備了高性能場發(fā)射材料的基本結(jié)構(gòu)特征。這種高性能是在光電原子散射能效的聚集，具有冷暗物質(zhì)的一定能效。

3.碳納米管的電磁性能

碳納米管具有獨特的導(dǎo)電性、很高的熱穩(wěn)定性和本征遷移率，比表大，微孔集中在一定范圍內(nèi)，滿足理想的超級電容器電極材料的要求。

4.碳納米管的吸附性能

碳納米管具有較大的比表，特殊的管道結(jié)果以及多壁碳納米管之間的類石墨層隙，使其成為最有潛力的儲氫材料，在燃料電池方面有著重要的作用。

5.碳納米管的化學(xué)性能

碳納米管已被用于分散和穩(wěn)定納米級的金屬小顆粒。由碳納米管制得的催化劑可以改善多相催化的選擇。

石墨烯(graphene)是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。具有導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等性能。

雖然石墨烯和納米碳管有各自的優(yōu)點但碳納米管是納米級的材料，在范德華力的作用下，極易團(tuán)聚，很難分散；石墨烯雖具有高導(dǎo)電性和極高的理論比表面積，但由于范德華力的作用容易形成宏觀聚集體，石墨烯片層之間相互雜亂堆疊分布，導(dǎo)致有效比表面積減少，因此各自單獨使用導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能都不是最佳的。

本發(fā)明中酸化處理目的是使石墨烯酸化后更容易與納米碳管纖維結(jié)合，結(jié)合后更穩(wěn)固。

本發(fā)明優(yōu)點是：本發(fā)明的方法經(jīng)由簡單的工藝將石墨烯處理到cnt纖維里，以此制造的纖維同時具有電氣傳導(dǎo)性，放熱性，熱傳導(dǎo)性，高強度性，無酸化性等cnt和石墨烯的優(yōu)點?？梢源骀嚺c鉻合金的傳熱器的導(dǎo)熱線，環(huán)保，無污染，使用安全。石墨烯/納米碳管復(fù)合材料在室溫條件下熱導(dǎo)率達(dá)到5000-5300w.mk^-1，導(dǎo)熱性能明顯高于石墨烯和納米碳管，作為熱傳導(dǎo)材料效果更好。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)一步說明；下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施例1

一種石墨烯/納米碳管復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)石墨烯酸化物制造的階段；在反應(yīng)器中加入100g黑鉛粉，1l摩爾濃度18.345mol/l的h2so4，混合均勻后，溫度在20℃時加入100gkmno4，溫度達(dá)到35℃后，維持反應(yīng)器的溫度攪拌2h以上；攪拌時逐漸增加去離子水3l和30％的h2o2100ml，直到溶液的顏色變?yōu)辄S金色，通過過濾紙過濾，濾紙上沉積的槳狀物65℃真空干燥，然后加入離子水，超音波分散，得到石墨烯酸化物的分散液。選擇的反應(yīng)器是陶瓷類反應(yīng)器，攪拌方式半回分式。

(2)石墨烯酸化物投入到cnt纖維的階段：納米碳管制造成納米碳管纖維后放入真空機，制成的納米碳管纖維長為20微米。真空機真空狀態(tài)后投入石墨烯酸化物，從真空機里去除cnt纖維后在60℃干燥24小時。

(3)投入的石墨烯酸化物粘合到cnt纖維的階段：干燥的cnt纖維上涂滿8微米厚度的無機粘合劑，在70℃干燥26小時，無機粘合劑完全固著為止。

實施例2

一種石墨烯/納米碳管復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)石墨烯酸化物制造的階段；在反應(yīng)器中加入100g黑鉛粉，1l摩爾濃度18.345mol/l的h2so4，混合均勻后，溫度在10℃時加入100gkmno4，溫度達(dá)到35℃后，維持反應(yīng)器的溫度攪拌4h；攪拌時逐漸增加去離子水3l和30％的h2o2100ml，直到溶液的顏色變?yōu)辄S金色，通過過濾紙過濾，濾紙上沉積的槳狀物80℃真空干燥，然后加入離子水，超音波分散，得到石墨烯酸化物的分散液。選擇的反應(yīng)器是陶瓷類反應(yīng)器，攪拌方式半回分式。

(2)石墨烯酸化物投入到cnt纖維的階段：納米碳管制造成納米碳管纖維后放入真空機，得到的納米碳管纖維長為20微米。真空機真空狀態(tài)后投入石墨烯酸化物，從真空機里去除cnt纖維后在20℃干燥24小時。

(3)投入的石墨烯酸化物粘合到cnt纖維的階段：干燥的cnt纖維上涂滿10微米厚度的無機粘合劑，在60℃干燥28小時，無機粘合劑完全固著為止。

實施例3

一種石墨烯/納米碳管復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)石墨烯酸化物制造的階段；在反應(yīng)器中加入100g黑鉛粉，1l摩爾濃度18.345mol/l的h2so4，混合均勻后，溫度在15℃時加入100gkmno4，溫度達(dá)到35℃后，維持反應(yīng)器的溫度攪拌3h；攪拌時逐漸增加去離子水3l和30％的h2o2100ml，直到溶液的顏色變?yōu)辄S金色，通過過濾紙過濾，濾紙上沉積的槳7065℃真空干燥，然后加入離子水，超音波分散，得到石墨烯酸化物的分散液。選擇的反應(yīng)器是玻璃反應(yīng)器，攪拌方式半回分式。

(2)石墨烯酸化物投入到cnt纖維的階段：納米碳管制造成納米碳管纖維后放入真空機，制成的納米纖維長為20微米。真空機真空狀態(tài)后投入石墨烯酸化物，從真空機里去除cnt纖維后在40℃干燥24小時。

(3)投入的石墨烯酸化物粘合到cnt纖維的階段：干燥的cnt纖維上涂滿2微米厚度的無機粘合劑，在65℃干燥28小時，無機粘合劑完全固著為止。

實施例四

表1石墨烯、納米碳管、石墨烯/納米碳管復(fù)合材料導(dǎo)熱性能對比

由上表可以看出得到的石墨烯/納米碳管復(fù)合材料導(dǎo)熱性比單獨的石墨烯或者納米碳管要好，因此作為導(dǎo)熱材料更好。

以上所述僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在本發(fā)明創(chuàng)造的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。