專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維，具體地說(shuō)是種制備填充納米金屬的魚(yú) 骨狀納米碳纖維的方法。
背景技術(shù)：
納米碳纖維是由石墨層按一定方向堆積排列而成的一種直徑小于100納米的纖維，納米 碳纖維發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，石墨層的排列方向可以與纖維的軸線(xiàn)平行、垂直或成一定的 角度，當(dāng)石墨層的排列方向與納米碳纖維的軸線(xiàn)成一定角度時(shí)被稱(chēng)為魚(yú)骨狀納米碳纖維，魚(yú) 骨狀納米碳纖維特有的魚(yú)骨狀結(jié)構(gòu)使其在氣體吸附應(yīng)用方面具有誘人的潛在價(jià)值，內(nèi)部填充 納米金屬的龜骨狀納米碳纖維除了在氣體吸附方面的優(yōu)勢(shì)外，在反應(yīng)催化方面也具有非常大 的潛在應(yīng)用前景。填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維作為 -種功能型碳纖維，可以通過(guò)低分 子烴的氣相催化熱解生長(zhǎng)而制得，具有一般碳纖維的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、電熱傳導(dǎo)性、熱 膨脹性低、耐摩擦、磨損低、密度低、生體親和性好等優(yōu)異性能，而其特殊的魚(yú)骨狀結(jié)構(gòu)則 賦予了材料良好的吸附性能，內(nèi)部填充的納米金屬粒子賦予材料優(yōu)異的磁性能，納米金屬本 身又是良好的催化劑材料，有望作為新型的氣體吸附材料、電磁波吸收劑、微敏感能量吸收 劑、隱身材料等，在氣體吸附、反應(yīng)催化、結(jié)構(gòu)增強(qiáng)、吸波材料、電磁屏蔽材料、微電T器 件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用甜景。目甜關(guān)f魚(yú)骨狀納米碳纖維的制備閨內(nèi)外報(bào)道的方法主要是化學(xué)氣相沉積法(CVD)，該 法以低碳烴化合物為碳源，納米Fe、 Co、 Ni、 Cu及其納米合金粒子或以泡沫鎳為催化劑， 制備魚(yú)骨狀納米碳纖維，上述納米催化劑的制備工藝非常復(fù)雜，而且粒徑難于控制，--般通 過(guò)把Fe、 Co、 Ni、 Cu等金屬的鹽溶液吸附在超細(xì)二氧化硅等粒子的表面，再通過(guò)氫氣還原 制備出附著于超細(xì)二氧化硅等粒子表面的納米金屬催化劑，這些超細(xì)二氧化硅粒子會(huì)混雜在 納米碳纖維當(dāng)中，很難清除干凈。 一般認(rèn)為納米碳纖維的直徑與催化劑顆粒直徑相等，人們 總是想辦法得到粒徑較小的催化劑，而小直徑催化劑的制備難度人、價(jià)格昂貴，其應(yīng)用受到 定的限制，而且制備的魚(yú)骨狀納米碳纖維只是在頂端有納米金屬.H盼還沒(méi)有關(guān)于內(nèi)部均 填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的文獻(xiàn)和專(zhuān)利報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)量卨、低成本制備新型內(nèi)部均勻填充納米金屬的 魚(yú)骨狀納米碳纖維的新方法，以滿(mǎn)足有關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的需要。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是采用乙炔為碳源、氫氣為載氣、氮?dú)饣驓鍤鉃橄♂寶怏w、鎳板為催化劑、噻吩為助催化劑，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法，在75(TC 80(TC溫度下反應(yīng)，制備出內(nèi)部均勻填充納米金屬的龜骨狀納米碳纖維；其中稀釋氣體氮?dú)饣驓鍤馀c乙炔流量之比為5 6: 1，氫氣與乙炔流量之比為5 7: 1,噻吩助催化劑的流量為0，05~0.06 ml/min，內(nèi)部均勻填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的纖維直徑和長(zhǎng)度主要通過(guò)調(diào)節(jié)流量、
溫度等工藝參數(shù)得到控制。所述及的鎳板催化劑的厚度為0.1 2mm，是商業(yè)鎳板，無(wú)需繁瑣制備，鎳板催化劑在反 應(yīng)前要進(jìn)行表面處理，對(duì)鎳板表面用500號(hào)細(xì)砂紙進(jìn)行打磨，然后在稀硫酸中浸泡5 6小時(shí)，干燥后使用；所述及的鎳板催化劑可以重復(fù)使用，上次反應(yīng)剩余的鎳板催化劑用500號(hào)細(xì)砂紙進(jìn)行打 磨后，在稀硫酸中浸泡5 6小時(shí)，千燥后重復(fù)使用； 所述及的鎳板催化劑水平放置在石墨板上。本發(fā)明提供的方法簡(jiǎn)單容易操作，產(chǎn)品純度高，單位產(chǎn)量高，利于大批量生成。在氣體 吸附、反應(yīng)催化、結(jié)構(gòu)增強(qiáng)、吸波材料、電磁屏蔽材料、微電子器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用甜景.


圖1為實(shí)施例1制備的內(nèi)部均勻填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的掃描電鏡照片。 圖2為實(shí)施例2制備的內(nèi)部均勻填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的透射電鏡照片。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1反應(yīng)前將厚度為lmm、長(zhǎng)寬分別為200mm和25mm的鎳板催化劑進(jìn)行表面處理，對(duì)鎳 板表面用500號(hào)細(xì)砂紙進(jìn)行打磨，然后在稀硫酸中浸泡5小時(shí)，干燥后放在管式爐的恒溫區(qū)， 鎳板催化劑水平放置在石墨板上；對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)抽真空，用氮?dú)庵脫Q三次，通入氮?dú)?，氮?dú)獾?流量為250ml/min，在氮?dú)鈿夥障律郎氐?50°C ，通入乙炔的同時(shí)以氫氣為載氣加入噻吩助催 化劑，噻吩助催化劑的流量為0.05ml/min，稀釋氣體氮?dú)馀c乙炔流量之比為5: 1 (其中乙 炔為50ml/min，氮?dú)鉃?50ml/min)，氫氣與乙炔流量之比為6: 1 (其中:乙炔為50ml/min， 氫氣為300ml/min),反應(yīng)恒溫時(shí)間為60min，進(jìn)行催化裂解反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后在氮?dú)鈿夥障?自然冷卻到室溫，可獲得2.6543g的內(nèi)部均勻填充納米金屬鎳的魚(yú)骨狀納米碳纖維(參見(jiàn)圖1 )。實(shí)施例2反應(yīng)前將厚度為1.5mm、長(zhǎng)寬分別為200mm和25mm的鎳板催化劑進(jìn)行表面處理，對(duì) 鎳板表面用500號(hào)細(xì)砂紙進(jìn)行打磨，然后在稀硫酸中浸泡6小時(shí)，干燥后放在管式爐的恒溫 區(qū)，鎳板催化劑水平放置在石墨板上；對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)抽真空，用氬氣置換三次，通入氬氣，氬 氣的流量為360ml/min，在氬氣氣氛下升溫到800°C ，通入乙炔的同時(shí)以氫氣為載氣加入噻吩 助催化劑，噻吩助催化劑的流量為0.06ml/min，稀釋氣體氬氣與乙炔流量之比為6: 1 (其中 乙炔為60mlZmin，氬氣為360ml/min)，氫氣與乙炔流量之比為7: 1 (其中:乙炔為60ml/min， 氫氣為420ml/min)，反應(yīng)恒溫時(shí)間為90min，進(jìn)行催化裂解反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后在氬氣氣氛下 自然冷卻到室溫，可獲得3.6483g的內(nèi)部均勻填充納米金屬鎳的魚(yú)骨狀納米碳纖維(參見(jiàn)圖2)。
權(quán)利要求
1. 一種制備填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的方法，其特征在于采用乙炔為碳源、氫氣為載氣、氮?dú)饣驓鍤鉃橄♂寶怏w、鎳板為催化劑、噻吩為助催化劑，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法，在較低溫度下制備出填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維。
2. 如權(quán)利要求l所述制備填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的方法，其特征在于所述 反應(yīng)溫度為750°C —800 °C。
3. 如權(quán)利要求1所述制備填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的方法，其特征在于所述稀釋氣體氮?dú)饣驓鍤馀c乙炔流量之比為5 6: 1。
4. 如權(quán)利要求l所述制備填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的方法，其特征在于所述 氫氣與乙炔流量之比為5~7: 1。
5. 如權(quán)利要求l所述制備填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的方法，其特征在于所述 噻吩助催化劑的流量為0.05 0.06 ml/min。
6. 如權(quán)利要求l所述制備填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的方法，其特征在于所述 催化劑鎳板的厚度為0.1~2mm，鎳板催化劑在反應(yīng)前要進(jìn)行表面處理，對(duì)鎳板表面用500號(hào) 細(xì)砂紙進(jìn)行打磨，然后在稀硫酸中浸泡5 6小時(shí)，干燥后使用。
7. 如權(quán)利要求1所述制備填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的方法，其特征在于所述 鎳板催化劑可以重復(fù)使用，上次反應(yīng)剩余的鎳板催化劑用500號(hào)細(xì)砂紙進(jìn)行打磨后，在稀硫 酸中浸泡5 6小時(shí)，干燥后重復(fù)使用。
8. 如權(quán)利要求l所述制備填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維維的方法，其特征在于所 述鎳板催化劑水平放置在石墨板上。
全文摘要
本發(fā)明涉及填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維，具體地說(shuō)是填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的制備方法。本發(fā)明公開(kāi)了一種制備填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維的方法。本發(fā)明采用乙炔為碳源、氫氣為載氣、氮?dú)饣驓鍤鉃橄♂寶怏w、鎳板為催化劑、噻吩為助催化劑，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法，在較低溫度下制備出填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維。本發(fā)明的方法和工藝簡(jiǎn)單，容易控制，成本低，產(chǎn)量及純度高，便于工業(yè)化生產(chǎn)，制備的填充納米金屬的魚(yú)骨狀納米碳纖維，直徑均勻，石墨化程度高，在氣體吸附、反應(yīng)催化、結(jié)構(gòu)增強(qiáng)、吸波材料、電磁屏蔽材料、微電子器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)D01F9/127GK101210355SQ20061017074
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者于建民, 沈曾民, 趙東林 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)