本發(fā)明屬于納米碳材料，更具體地說，它涉及一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法。

背景技術：

1、碳納米管自1991年發(fā)現(xiàn)以來，便因其優(yōu)異的力學、電學、熱學及化學性能而成為研究熱點。作為一維管狀碳納米材料，碳納米管可以看作是由石墨烯片繞中心軸以一定的螺旋角卷曲而成，根據(jù)構成管壁的石墨烯片層數(shù)的不同，可將其分為單壁、多壁碳納米管。單壁碳納米管由一層石墨烯片卷曲而成，直徑較小，約0.4-3nm。多壁碳納米管由多層石墨烯片卷曲而成，層與層的間距為0.34±0.01nm，其直徑一般為10-30nm。目前，商業(yè)化的碳納米管的管徑一般為10-60nm，對于管徑超過100nm的碳納米管的研究較少，并且目前對于管徑可達600nm的碳納米管的報道更是幾乎沒有。有研究表明，碳納米管的管徑越大，具有更大的內部空間，利于存儲或傳輸更多的物質，從而在能源存儲、催化反應等領域展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。并且大管徑碳納米管具有更強的結構穩(wěn)定性，有利于提升材料的力學性能。

2、根據(jù)碳納米管的形貌，碳納米管又可分為碳納米管陣列、竹狀碳納米管、分枝碳納米管、螺旋形碳納米管等。碳納米管陣列是取向基本一致的碳納米管，取向近似垂直或平行于基體。與隨機分布的碳納米管相比，碳納米管陣列具有更優(yōu)異的力學、電學和熱學特性，已在電化學儲能、傳感器、熱管理等領域得到了廣泛的研究。

3、基于此，本發(fā)明提出一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，綜合大管徑與陣列分布的特點，豐富碳納米管的種類，彌補當前對大管徑碳納米管的研究與制備的空缺。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于設計提供一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法。本發(fā)明具有工藝簡單、成本低的優(yōu)勢，碳納米管在組成鎳網(wǎng)的鎳纖維表面以陣列的形式生長，同時具有管徑大、呈陣列分布的特點，管徑可達700nm，有望賦予碳材料性能及應用上更多的可能性。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，包括以下步驟：

4、(1)稱取檸檬酸和尿素，溶解于無水乙醇和水的混合溶劑中，獲得前驅體溶液；

5、(2)將步驟(1)獲得的前驅體溶液進行烘燒，自然降溫，獲得檸檬酸和尿素衍生的塊狀固體生成物；

6、(3)將步驟(2)獲得的塊狀固體生成物進行研磨成粉末，取粉末均勻鋪于水平放置的石英試管的內管壁，取鎳網(wǎng)放置于粉末上，置于管式爐中高溫處理后，自然冷卻至室溫，得到在鎳網(wǎng)上生長的大管徑碳納米管陣列。

7、所述的一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，步驟(1)中所述無水乙醇和水的體積比為1.5～2:1；

8、優(yōu)選，所述無水乙醇和水的體積比為2:1；

9、所述前驅體溶液中檸檬酸的濃度為0.45～0.6mol/l，尿素的濃度為3.0～4.0mol/l；

10、優(yōu)選，所述前驅體溶液中檸檬酸的濃度為0.52mol/l，尿素的濃度為3.55mol/l。

11、所述的一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，步驟(2)中所述烘燒的條件為：溫度180～200℃，時間12～18小時；

12、優(yōu)選，所述烘燒的條件為：溫度180℃，時間15小時。

13、所述的一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，步驟(3)中所述粉末的粒徑為2～15μm；

14、所述粉末與鎳網(wǎng)的質量比為2～8:1。

15、所述的一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，步驟(3)中所述鎳網(wǎng)由鎳纖維組成。

16、所述的一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，所述步驟(3)中所述高溫處理的方法為：通入n2排除管式爐內的空氣，停止通入n2，以2.5～7.5℃/min的升溫速度，升溫至900～1000℃，并在900～1000℃下保溫0.5～2小時；

17、所述自然冷卻的過程中同時通入n2；

18、優(yōu)選，所述高溫處理的方法為：通入n2或惰性氣體排除管式爐內的空氣，停止通入n2或惰性氣體，以5℃/min的升溫速度升溫至1000℃，并在1000℃下保溫1小時。

19、第二方面，本發(fā)明提供了一種鎳網(wǎng)/大管徑碳納米管陣列復合材料，通過所述的方法制備得到。

20、所述的一種鎳網(wǎng)/大管徑碳納米管陣列復合材料，所述復合材料中大管徑碳納米管的直徑為300～700nm。

21、第三方面，本發(fā)明提供了所述的一種鎳網(wǎng)/大管徑碳納米管陣列復合材料在作為電化學材料中的應用。

22、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

23、(1)本發(fā)明制備的大管徑陣列碳納米管的直徑可達700nm，遠超傳統(tǒng)碳納米管的管徑。使得本發(fā)明大管徑碳納米管具有更大的內部空間和更強的結構穩(wěn)定性，為復合材料的性能提升提供了新的可能。并且大管徑碳納米管的內部空間可用于存儲或傳輸更多的物質，如氣體、液體或離子，從而在能源存儲、催化反應等領域展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。

24、(2)本發(fā)明制備的大管徑陣列碳納米管在組成鎳網(wǎng)的鎳纖維表面以陣列的形式生長，形成了類似“森林”的結構。這種陣列結構不僅增強了碳納米管之間的相互作用，還使得復合材料在宏觀上表現(xiàn)出更高的均勻性和各向同性，能夠更有效地傳導電子和熱量，有利于提高復合材料的電導率和熱導率。

25、(3)本發(fā)明制備的大管徑陣列碳納米管綜合了大管徑、陣列分布的特點，其結構與物性之間的關聯(lián)具有重要意義，有望賦予碳材料性能及應用上更多的可能性。

技術特征：

1.一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，其特征在于，步驟(1)中所述無水乙醇和水的體積比為1.5～2:1；

3.如權利要求1所述的一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，其特征在于，步驟(2)中所述烘燒的條件為：溫度180～200℃，時間12～18小時；

4.如權利要求1所述的一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，其特征在于，步驟(3)中所述粉末的粒徑為2～15μm；

5.如權利要求1所述的一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，其特征在于，步驟(3)中所述鎳網(wǎng)由鎳纖維組成。

6.如權利要求1所述的一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，其特征在于，所述步驟(3)中所述高溫處理的方法為：通入n2或惰性氣體排除管式爐內的空氣，停止通入n2或惰性氣體，以2.5～7.5℃/min的升溫速度升溫至900～1000℃，并在900～1000℃下保溫0.5～2小時；

7.一種鎳網(wǎng)/大管徑碳納米管陣列復合材料，其特征在于，通過如權利要求1-6任一項所述的方法制備得到。

8.如權利要求7所述的一種鎳網(wǎng)/大管徑碳納米管陣列復合材料，其特征在于，所述復合材料中大管徑碳納米管的直徑為200～700nm。

9.如權利要求7或8所述的一種鎳網(wǎng)/大管徑碳納米管陣列復合材料在作為電化學材料中的應用。

技術總結
一種在鎳網(wǎng)上生長大管徑碳納米管陣列的方法，屬于納米碳材料技術領域。本發(fā)明方法包括：稱取檸檬酸和尿素，溶解于無水乙醇和水的混合溶劑中，獲得前驅體溶液；進行烘燒，自然降溫，獲得檸檬酸和尿素衍生的塊狀固體生成物；進行研磨成粉末，取粉末均勻鋪于水平放置的石英試管的內管壁，取鎳網(wǎng)放置于粉末上，置于管式爐中高溫處理后，自然冷卻至室溫，得到在鎳網(wǎng)上生長的大管徑碳納米管陣列。本發(fā)明方法具有工藝簡單、成本低的優(yōu)勢，制備得到的碳納米管同時具有管徑大、呈陣列分布的特點，管徑可達200～700nm，有望賦予碳材料性能及應用上更多的可能性。

技術研發(fā)人員：李建軍,王聰,呂海寶,赫曉東,劉宇恒
受保護的技術使用者：哈爾濱工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2