本發(fā)明涉及碳納米線/多孔玻璃碳的，具體涉及一種碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料及制備方法。

背景技術(shù)：

1、多孔碳材料是一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)多孔材料。其具有重量輕、高比表面積、出色的彈性、高溫穩(wěn)定性、耐化學(xué)腐蝕以及優(yōu)異的生物相容性性能，在航空航天、電子電器、腐蝕、高溫、化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。

2、酚醛樹脂衍生的多孔玻璃碳（又稱硬質(zhì)碳、硬碳）具有高硬度和強(qiáng)度、出色的彈性、耐化學(xué)腐蝕、高溫穩(wěn)定性以及優(yōu)異的生物相容性，非常適合輕質(zhì)、高強(qiáng)度和極端環(huán)境的材料結(jié)構(gòu)，可廣泛應(yīng)用于高溫、腐蝕、摩擦、化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。

3、但目前以酚醛樹脂為碳源前驅(qū)體制備出的多孔玻璃碳，應(yīng)用于熱管理材料中時(shí)，導(dǎo)熱性能差，力學(xué)性能較差，從而限制了其在高新技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。

4、因此，亟需提供一種以酚醛樹脂為前驅(qū)體制備高導(dǎo)熱性的多孔玻璃碳的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料及制備方法，本發(fā)明的制備方法得到的碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料具有較高的導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供了一種碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料的制備方法，該方法包括：（1）在堿性條件下，將含第一摻雜元素的苯酚衍生物及含第二摻雜元素的甲醛衍生物混合，并反應(yīng)得到酚醛樹脂；所述第一摻雜元素包括氮，所述第二摻雜元素獨(dú)立地包括硼、氮或硼和氮；所述含第一摻雜元素的苯酚衍生物與含第二摻雜元素的甲醛衍生物的摩爾比為1:0.5-2；（2）對(duì)酚醛樹脂進(jìn)行發(fā)泡處理，得到發(fā)泡酚醛樹脂，所述發(fā)泡處理的方式包括：向酚醛樹脂中加入發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡，所述發(fā)泡劑與所述酚醛樹脂的質(zhì)量比為1:3-8；（3）將熱固性樹脂與發(fā)泡酚醛樹脂混合并進(jìn)行固化，得到固化產(chǎn)物，所述熱固性樹脂與所述發(fā)泡酚醛樹脂的質(zhì)量比為1:1-6；（4）將金屬離子催化劑負(fù)載到所述固化產(chǎn)物上，得到前驅(qū)體，所述金屬離子催化劑與所述固化產(chǎn)物的質(zhì)量比為1:10-50；（5）對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行碳化處理，得到多孔玻璃碳；（6）通過cvd法在多孔玻璃碳的表面沉積碳納米線，得到碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料；步驟（1）中，反應(yīng)的條件包括：溫度為60℃-150℃，反應(yīng)時(shí)間為5h-10h，ph為8-12。

3、優(yōu)選地，步驟（6）中，所述含碳?xì)怏w與氫氣的流量比為1:4-16。

4、優(yōu)選地，所述含第一摻雜元素的苯酚衍生物包括3-嗎啉苯酚、對(duì)硝基苯酚、鄰氨基苯酚、對(duì)氨基苯酚中的至少一種。

5、優(yōu)選地，所述含第二摻雜元素的甲醛衍生物包括3-醛基呋喃-2-硼酸、唑-2-甲醛、5-嘧啶甲醛、4-喹啉甲醛、2-甲酰苯基硼酸甲基亞氨基二乙酸酯、5-甲?；秽?2-硼酸甲基亞氨基二乙酸酯、4-甲?；脚鹚峒?-羥基苯硼酸-1,3-丙二醇酯中的至少一種。

6、本發(fā)明第二方面提供了一種由第一方面所述的制備方法得到的碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料。

7、優(yōu)選地，所述碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料孔隙率為30%-85%，所述碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料比表面積為3000-6000m2/g。

8、優(yōu)選地，多孔玻璃碳的孔隙率為50%-97%，比表面積為2000-4000m2/g。

9、優(yōu)選地，所述碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料中，碳納米線的含量為5wt%-45wt%，含有金屬離子催化劑的多孔玻璃碳的含量為55wt%-95wt%。

10、優(yōu)選地，所述碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為50-200?w(mk)。

11、優(yōu)選地，所述碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度為30-60mpa。

12、本發(fā)明采用上述技術(shù)方案具有以下有益效果：

13、本發(fā)明通過將含第一摻雜元素的苯酚衍生物和含第二摻雜元素的甲醛衍生物反應(yīng)制備得到酚醛樹脂，并將酚醛樹脂發(fā)泡，而后將發(fā)泡酚醛樹脂與熱固性樹脂混合，碳化后得到高導(dǎo)熱性及高壓縮強(qiáng)度的多孔玻璃碳，進(jìn)一步地，通過在多孔玻璃碳上原位生長碳納米線，得到具有更高導(dǎo)熱性及更壓縮強(qiáng)度的碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料。

14、在本文中所披露的范圍的端點(diǎn)和任何值都不限于該精確的范圍或值，這些范圍或值應(yīng)當(dāng)理解為包含接近這些范圍或值的值。對(duì)于數(shù)值范圍來說，各個(gè)范圍的端點(diǎn)值之間、各個(gè)范圍的端點(diǎn)值和單獨(dú)的點(diǎn)值之間，以及單獨(dú)的點(diǎn)值之間可以彼此組合而得到一個(gè)或多個(gè)新的數(shù)值范圍，這些數(shù)值范圍應(yīng)被視為在本文中具體公開。本文中，在沒有特別說明的情況下，數(shù)據(jù)范圍均包括端點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中，發(fā)泡處理的條件包括：溫度為150℃-200℃，恒溫時(shí)間為60min-360min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（5）中，碳化處理的條件包括：溫度為700℃-1600℃，恒溫時(shí)間為30min-540min；和/或，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟（6）中，沉積的條件包括：沉積溫度為800℃-1600℃，沉積壓力為5kpa-16kpa，沉積時(shí)間為180min-900min；和/或，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述含碳?xì)怏w包括甲烷、乙烯、乙炔及醋酸乙烯酯中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述含第一摻雜元素的苯酚衍生物包括3-嗎啉苯酚、對(duì)硝基苯酚、鄰氨基苯酚、對(duì)氨基苯酚中的至少一種；和/或，

7.一種權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的方法制備得到的碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料，其特征在于，所述碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料孔隙率為30%-85%，所述碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料比表面積為3000-6000m2/g；和/或，

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料，其特征在于，所述碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料中，碳納米線的含量為5wt%-45wt%，含有金屬離子催化劑的多孔玻璃碳的含量為55wt%-95wt%。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料，其特征在于，所述碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為50-200?w/mk；和/或，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及碳納米線/多孔玻璃碳領(lǐng)域，提供了一種碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料及制備方法，制備方法包括：在堿性條件下，將含第一摻雜元素的苯酚衍生物及含第二摻雜元素的甲醛衍生物混合，并反應(yīng)得到酚醛樹脂；第一摻雜元素包括氮，第二摻雜元素獨(dú)立地包括硼、氮或硼和氮；對(duì)酚醛樹脂進(jìn)行發(fā)泡處理，得到發(fā)泡酚醛樹脂；將熱固性樹脂與發(fā)泡酚醛樹脂混合并進(jìn)行固化，得到固化產(chǎn)物；將金屬離子催化劑負(fù)載到所述固化產(chǎn)物上，得到前驅(qū)體；對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行碳化處理，得到多孔玻璃碳；通過CVD法在多孔玻璃碳的表面沉積碳納米線，得到碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料。本發(fā)明的制備方法所提供的碳納米線/多孔玻璃碳復(fù)合材料具有高導(dǎo)熱性及抗壓性。

技術(shù)研發(fā)人員：耿茂富,余盛杰,萬強(qiáng),廖家豪,柴攀
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南德智新材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21