以多壁碳納米管為模版製備二氧化矽納米管的方法
2023-05-18 14:46:56 1
專利名稱：以多壁碳納米管為模版製備二氧化矽納米管的方法
技術領域：
本發明涉及一種以多壁碳納米管為模版製備二氧化矽碳納米管的方法，屬納米無機化合 物製造工藝技術領域。
背景技術：
納米材料是指微粒粒徑為納米級(1 100nm)的超細材料，因其本身具有量子尺寸效應 和宏觀量子隧道效應而展現許多特有的性質，應用前景廣闊。近年來，無機納米管材料逐漸 成為研究的熱點，其中二氧化矽納米管是一種熱導高、熱膨脹係數低、有良好電絕緣性的非 金屬材料，且具有良好的生物相容性和生物可降解性，成為常用的複合材料填料，並且在生 物醫學，光電子器件、催化以及微反應器等領域有廣闊的應用前景。在複合材料的製備過程 中，無機填料的形貌在很大程度上影響著複合材料的各項性能，例如付紹雲等初步探討了二 氧化矽納米管對聚合物基體的力學和電學性能的影響，顯示了二氧化矽納米管在複合材料方 面的應用前景。隨著材料製備技術和形成機理研究的日趨成熟，對二氧化矽潛在應用同樣重 要的形貌控制逐漸成為材料領域的研究熱點之一，最近已成功合成了球狀、棒狀和纖維狀等 特定形貌的二氧化矽，而關於二氧化矽納米管的研究報導相對較少。Kleitz等以TEOS/TBOS 為原料，用CTAc/CTAB為模板劑製備出螺旋狀二氧化矽納米管；Wang等以TEOS為原料，以 檸檬酸銨為模板劑製備了二氧化矽納米管，然而，上述各種方法製備的產物大部分為顆粒， 二氧化矽納米管的產率較低，且有著諸如長徑比較小、尺寸不均等缺點，從而大大限制了其 在改性複合材料方面的應用。因此，成功製得高產率、大長徑比、尺寸均勻的二氧化矽納米 管，並對其形成機理進行深人的探討，對於納米管增強複合材料的製備和各項性能研究等具 有重要的學術研究和工程應用價值。
發明內容
本發明的目的是提供一種以多壁碳納米管為模版製備二氧化矽納米管的方法。 一種以多壁碳納米管為模版製備二氧化矽納米管的方法，其特徵在於該方法的具體歩驟
為
1. 將經混酸處理過的多壁碳納米管，超聲分散在濃度為0.03 M、 pH為3的檸檬酸溶液 和無水乙醇中，並超聲分散均勻形成分散液；
2. 將氨丙基三乙氧基矽烷APTS和正矽酸乙酯TEOS按1: 9的體積比混合，形成混合 液，將該混合液與步驟1所得分散液混合，室溫攪拌2小時，中間每隔30分鐘超聲l分鐘；其中多壁碳納米管與混合液的質量比為1: 5 1: 10;
3. 調節步驟2所得溶液的pH=8.5-9.5，室溫攪拌24小時，在前10個小時內每隔2小時 超聲1分鐘；
4. 反應結束後，離心棄上清，用無水乙醇洗滌，乾燥後在800'C溫度下煅燒3小時，即 得二氧化矽納米管。
本發明通過使用多壁碳納米管為模版製備二氧化矽納米管步驟簡單，操作簡便，反應後經 過煅燒就能得到管壁光滑的二氧化矽納米管。
本發明的製備過程中，首先將多壁碳納米管MWNTs溶解於檸檬酸和乙醇溶液中，超聲 有利於MWNTs的分散，為後續工作奠定良好的基礎。APTS (氨丙基三乙氧基矽烷)的加入 是技術的關鍵，APTS容易和碳納米管(CNTs)相互作用，並結合到CNTs表面，形成晶種，調 節pH值加速了TEOS (tetraethyl orthosilicate,正矽酸乙酯)的水解速度，水解單體Si-OH基 之間，以及Si-OH基與Si-OR基發生脫水或脫醇聚合反應，形成Si-O-Si鏈，通過APTS在 MWNTs上形成的晶種包覆在MWNTs上，經過高溫煅燒，即得到二氧化矽納米管。製備的 二氧化矽納米管成管率高，形狀完整，管壁平滑，無明顯缺陷，並可控制管壁厚度。
圖1為本發明製備的二氧化矽納米管的電鏡圖。
具體實施例方式
現將本發明的具體實施例敘述如下
1. 取20mgMWNTs溶解於20 mL的PH=3的檸檬酸緩衝溶液中，超聲分散5 min，加 入200mL無水乙醇，超聲5min。
2. 向混合液中加入30 uL的APTS和300 uLTEOS，室溫攪拌2 hr，中間每隔30 min超 聲1 min。
3. 用氨水調節溶液的PH=8.5-9.5，室溫攪拌24 hr，在反應前10 hr每隔3 hr超聲1 min。
4. 反應結束後，離心棄上清，用無水乙醇洗滌3次，沉澱乾燥後在800度條件下煅燒3 hr，即得到Si02納米管
上述實施例中所製得的樣品，用經過XRD、紫外可見吸收光譜和透射電鏡等儀器分析， 確認產品是二氧化矽納米管。參見圖1，可觀察到製備的二氧化矽納米管成管率高，形態完 整，管壁光滑，無其他異性雜物和明顯缺陷。
權利要求
1.一種以多壁碳納米管為模版製備二氧化矽納米管的方法，其特徵在於該方法的具體步驟為a.將經混酸處理過的多壁碳納米管，超聲分散在濃度為0.03M、pH為3的檸檬酸溶液和無水乙醇中，並超聲分散均勻形成分散液；b.將氨丙基三乙氧基矽烷APTS和正矽酸乙酯TEOS按1∶9的體積比混合，形成混合液，將該混合液與步驟a所得分散液混合，室溫攪拌2小時，中間每隔30分鐘超聲1分鐘；其中多壁碳納米管與混合液的質量比為1∶5～1∶10；c.調節步驟b所得溶液的pH＝8.5-9.5，室溫攪拌24小時，在前10個小時內每隔2小時超聲1分鐘；d.反應結束後，離心棄上清，用無水乙醇洗滌，乾燥後在800℃溫度下煅燒3小時，即得二氧化矽納米管。
全文摘要
本發明涉及一種以多壁碳納米管為模版製備二氧化矽碳納米管的方法。該方法的具體步驟為將經混酸處理過的多壁碳納米管，超聲分散在濃度為0.03M、pH為3的檸檬酸溶液和無水乙醇中，並超聲分散均勻形成分散液；將氨丙基三乙氧基矽烷APTS和正矽酸乙酯TEOS按1∶9的體積比混合，形成混合液，將該混合液與步驟1所得分散液混合，室溫攪拌2小時，中間每隔30分鐘超聲1分鐘；其中多壁碳納米管與混合液的質量比為1∶5～1∶10；調節步驟2所得溶液的pH＝8.5-9.5，室溫攪拌24小時，在前10個小時內每隔2小時超聲1分鐘；反應結束後，離心棄上清液，用無水乙醇洗滌，乾燥後在800℃溫度下煅燒3小時，即得二氧化矽納米管。本發明製備的二氧化矽納米管成管率高，形狀完整，管壁平滑，無明顯缺陷，並可控制管壁厚度。
文檔編號C01B33/00GK101318658SQ200810040010
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月1日 優先權日2008年7月1日
發明者振 劉, 葉張梅, 吳明紅, 玲 李, 欒啟夏, 蔡正偉, 鄧小勇, 陳雯婷 申請人:上海大學