一種碳納米管薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管薄膜是碳納米管衍生產(chǎn)物的其中之一，是一種環(huán)境友好型、無毒、無害的基礎(chǔ)性材料。由于碳納米管薄膜具有柔性可彎曲的特點，因此可用于透明導(dǎo)電薄膜，制成柔性顯示器、觸摸屏等高造價現(xiàn)代電子產(chǎn)品的部件。另外碳納米管薄膜密度低、質(zhì)量輕、導(dǎo)電性好，也可作為電池集流體，降低電極整體重量，提升電池的能量密度。
[0003]目前碳納米管薄膜的制備方法包括:化學(xué)氣相沉積法，和溶液/過濾成膜法，層層自組裝制膜法，電泳法，絲網(wǎng)印刷法等。其中化學(xué)氣相是直接在基底上生長，其余為粉體間接制備薄膜法。制備碳納米管薄膜的工藝較多，申請?zhí)?00910309105.4的“碳納米管薄膜的制備方法”中提及了一種通過超聲、攪拌或高壓均質(zhì)處理制作碳納米管分散液，然后抽濾沉淀在濾膜上，用脫除液去分散劑，最后用基底和碳納米管薄膜相結(jié)合，分離出碳納米管薄膜的方法。申請?zhí)?201110311780.8設(shè)計了一種碳納米管薄膜制造設(shè)備，可連續(xù)大批量制得碳納米管薄膜。申請?zhí)?201210304671.8涉及了一種碳納米管薄膜板的制造方法及碳納米管薄膜板。
[0004]碳納米管是一維納米碳材料，其長徑比和比表面積較大，因而碳納米管也具有較好吸附性能。但也因此碳納米管大多堆疊吸附、相互纏繞在一起，使得碳納米管的分散問題成了一大難點。但是晶須狀碳納米管是一種直線型較好的碳納米管，相對來說大大降低了分散的難度，使得碳納米管分散液的制備更加容易。
[0005]此外，在一些電化學(xué)實驗中為了研究一些和碳納米管薄膜相關(guān)的電子裝置和設(shè)備(超級電容器和鋰離子電池集流體)，需快速且大量制備碳納米管薄膜以滿足自需，基于此，特別開發(fā)了一種簡單、快速制備碳納米管薄膜方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了能更加簡易、快捷、高效的制備碳納米管薄膜，提出了一種新型制備碳納米管薄膜的方法，并進(jìn)行了薄膜改性處理，以此提高碳納米管薄膜的使用性能。
[0007]本發(fā)明所述的碳納米管薄膜制備方法，可以調(diào)節(jié)碳納米管結(jié)構(gòu)膜的厚度和密度，同時具備一定的強(qiáng)度以保證其使用時的完整性。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，具體步驟包括如下。
[0009]( I)將碳納米管進(jìn)行石墨化處理。
[0010]將碳納米管置于石墨化爐中，抽真空且升溫至2800°C以上，保溫一段時間后冷卻至室溫。目的是消除碳納米管缺陷，提高結(jié)晶度和純化碳納米管。
[0011](2)以石墨化處理的碳納米管、分散劑、粘結(jié)劑和N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液為原料，經(jīng)過超聲、高速剪切或球磨等，制備碳納米管懸濁液。
[0012]本發(fā)明所述的碳納米管懸濁液先是由碳納米管、分散劑和NMP按5-10:1-1.5:84-100的質(zhì)量比配制成分散液，再由分散液和粘結(jié)劑按90-100:1-1.2的質(zhì)量比配制而成。
[0013]所述的碳納米管分散劑是指十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)或者十二烷基硫酸鈉(SDS)等離子分散劑中的一種。
[0014]所述的粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纖維素(CMC)和丁苯橡膠(SBR)中的一種或兩種以上。
[0015](3)將制作好的碳納米管懸濁液滴加在平鋪的基底上，65°C烘干，最后分離基底便可制得碳納米管薄膜。
[0016]所述的基底是指柔性塑料薄膜、銅箔或者鋁箔三種材料中的一種。
[0017]所述的分離基底的方法是指通過水或者酒精的潤濕，用鑷子夾住基底材料一角，開始反向緩慢拉動，最終分離基底。
[0018](4)碳納米管薄膜的改性處理，將碳納米管薄膜置于真空爐內(nèi)隨爐升溫至1300-1500°C碳化，保溫0.5-2h，冷卻至室溫取出。
[0019]本發(fā)明所制備的碳納米管薄膜厚度在10-20 μm左右，較容易分離基底。經(jīng)高溫碳化改性，去除碳納米管薄膜中雜質(zhì)，使碳納米管薄膜具有更好的使用性能。在鋰離子電池中，可代替鋁箔銅箔作為集流體使用，也可以單獨作為負(fù)極放電，具有較高的初始比容量。
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例碳納米管薄膜圖。
[0021]圖2為實施例碳納米管薄膜做鋰離子電池負(fù)極時，0.1c倍率下電池的充放電圖。其中，I為第一次放電曲線，2為第二次放電曲線，3為第三次放電曲線。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明通過以下實施例做進(jìn)一步說明。
[0023]本發(fā)明實施例所用的碳納米管為中國專利ZL201210067937.UZL201210304345.7所制備的。
[0024]實施例1。
[0025](I)石墨化處理。用坩禍將碳納米管填裝好，置于石墨化爐內(nèi)并抽真空，緩慢升溫至2800 °C。保溫24h，冷卻至室溫取出。
[0026](2)碳納米管懸濁液制備。將石墨化處理的碳納米管、SDBS分散劑、NMP以5:1:84的質(zhì)量比稱取置于燒杯中，用封口膜密封，再超聲lh，再換封閉容器高速剪切l(wèi)h，制作成分散液。分散液和PVDF粘結(jié)劑以95:1.1的質(zhì)量比配制，于封閉容器中高速剪切2h，制備碳納米管懸濁液。
[0027](3)在玻璃板上，先用酒精潤濕表面，將潔凈的鋁箔鋪展其上，并緊密貼合。四周用窄邊透明膠布貼緊固定，圍成封閉矩形。中間滴加碳納米管懸濁液，65°C烘干。
[0028](4)干燥好后，以水潤濕，用鑷子輕輕夾住邊角，反向緩慢拉動，以分離鋁箔基底。
[0029](5)將碳納米管薄膜置于真空爐內(nèi)隨爐升溫至1300°C碳化，保溫1.5h，冷卻至室溫取出。
[0030]實施例2。
[0031](I)石墨化處理。用坩禍將碳納米管填裝好，置于石墨化爐內(nèi)并抽真空，緩慢升溫至2900 °C。保溫30h，冷卻至室溫取出。
[0032](2)碳納米管懸濁液制備。將石墨化處理的碳納米管、SDS分散劑、NMP以6:1.1:90的質(zhì)量比稱取置于燒杯中，用封口膜密封，再超聲lh，再換封閉容器高速剪切l(wèi)h，制作成分散液。分散液和SBR粘結(jié)劑以90:1的質(zhì)量比配制，于封閉容器中球磨4h，制備碳納米管懸濁液。
[0033](3)在玻璃板上，先用酒精潤濕表面，將潔凈的銅箔鋪展其上，并緊密貼合。四周用窄邊透明膠布貼緊固定，圍成封閉矩形。矩形中滴加碳納米管懸濁液，65°C烘干。
[0034](4)干燥好后，以酒精潤濕，用鑷子輕輕夾住邊角，向反向緩慢拉動，以分離基底。
[0035](5)將碳納米管薄膜置于真空爐內(nèi)隨爐升溫至1450°C碳化，保溫0.5h，冷卻至室溫取出。
[0036]實施例3。
[0037](I)石墨化處理。用坩禍將碳納米管填裝好，置于石墨化爐內(nèi)并抽真空，緩慢升溫至3000°C。保溫25h，冷卻至室溫取出。
[0038](2)碳納米管懸濁液制備。將石墨化處理的碳納米管、SDBS分散劑、NMP以10:1.3:100的質(zhì)量比稱取置于燒杯中，用封口膜密封，再超聲2h，再換封閉容器高速剪切1.5h，制作成分散液。分散液和CMC粘結(jié)劑以93:1.2的質(zhì)量比配制，于封閉容器中高速剪切3h，制備碳納米管懸濁液。
[0039](3)在玻璃板上，先用酒精潤濕表面，將潔凈的柔性塑料薄膜鋪展其上，并緊密貼合。四周用窄邊透明膠布貼緊固定，圍成封閉矩形。矩形中滴加碳納米管懸濁液，65°C烘干。
[0040](4)干燥好后，以酒精潤濕，用鑷子輕輕夾住邊角，向反向緩慢拉動，以分離基底。
[0041](5)將碳納米管薄膜置于真空爐內(nèi)隨爐升溫至1460°C碳化，保溫lh，冷卻至室溫取出。
【主權(quán)項】
1.一種碳納米管薄膜的制備方法，其特征是包括如下步驟: (1)將碳納米管置于石墨化爐中，抽真空且升溫至2800°c以上，保溫一段時間后冷卻至室溫; (2)以步驟(I)的碳納米管、分散劑、粘結(jié)劑和N-甲基吡咯烷酮溶液為原料，經(jīng)過超聲、高速剪切或球磨等，制備碳納米管懸濁液； 所述的碳納米管懸濁液是先由碳納米管、分散劑和N-甲基吡咯烷酮按5-10:1-1.5:84-100的質(zhì)量比配制成分散液，再由分散液和粘結(jié)劑按90-100:1-1.2的質(zhì)量比配制而成； (3)將步驟(2)的碳納米管懸濁液滴加在平鋪的基底上，65°C烘干，最后分離基底便可制得碳納米管薄膜； (4)將步驟(3)的碳納米管薄膜置于真空爐內(nèi)隨爐升溫至1300-1500°C碳化，保溫0.5-2h，冷卻至室溫取出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管薄膜的制備方法，其特征是所述的分散劑是指十二烷基苯磺酸鈉或者十二烷基硫酸鈉離子分散劑中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管薄膜的制備方法，其特征是所述的粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素和丁苯橡膠中的一種或兩種以上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管薄膜的制備方法，其特征是所述的基底是指柔性塑料薄膜、銅箔或者鋁箔中的一種。
【專利摘要】一種碳納米管薄膜的制備方法，包括如下步驟：（1）將碳納米管置于石墨化爐中，抽真空且升溫至2800℃以上，保溫一段時間后冷卻至室溫；（2）以步驟（1）的碳納米管、分散劑、粘結(jié)劑和N-甲基吡咯烷酮溶液為原料，經(jīng)過超聲、高速剪切或球磨等，制備碳納米管懸濁液；（3）將步驟（2）的碳納米管懸濁液滴加在平鋪的基底上，65℃烘干，分離基底；（4）將步驟（3）的碳納米管薄膜置于真空爐內(nèi)隨爐升溫至1300-1500℃碳化，保溫0.5-2h，冷卻至室溫取出。本發(fā)明所制備的碳納米管薄膜厚度在10-20μm左右，較容易分離基底；經(jīng)高溫碳化改性，具有更好的使用性能；在鋰離子電池中，可代替鋁箔銅箔作為集流體，也可單獨作為負(fù)極，具有較高的初始比容量。
【IPC分類】B82Y40/00, B82Y30/00, H01M4/1393, H01M4/66
【公開號】CN105047940
【申請?zhí)枴緾N201510330909
【發(fā)明人】孫曉剛, 吳小勇, 龐志鵬, 岳立福, 聶艷艷, 劉珍紅
【申請人】南昌大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月16日