本發(fā)明公開了一種碳納米管與氧化亞銅復(fù)合粉體的制備方法，屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

氧化亞銅是一種p型半導(dǎo)體，禁帶寬度在2.0-2.2電子伏特，具有良好的光吸收特性和光電性能，是一種極具潛力的光催化劑，此外，納米氧化亞銅在太陽能電池、海水防腐涂料、磁性材料、氣敏材料、光學(xué)儀器、鋰離子電池、生物抑菌劑等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。但是，眾所周知，氧化亞銅化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，容易被氧化，此外，由于氧化亞銅內(nèi)部產(chǎn)生的光生電子空穴在傳輸過程中極易復(fù)合，嚴(yán)重影響其光催化效果。而碳納米管(CNTs)在具有良好導(dǎo)電性能的同時，還具有碳材料所具有的穩(wěn)定性，因此可以作為納米氧化亞銅的載體，為納米氧化亞銅性能的發(fā)揮提供場所。其實，碳納米管是一種類似石墨結(jié)構(gòu)的六邊形網(wǎng)格卷繞而成的、兩端為半球形端帽、具有典型層狀中空結(jié)構(gòu)的材料。研究表明，CNTs的密度只有鋼的1／6，強度卻是鋼的100倍，模量可達1.8TPa，其超強的力學(xué)性能、超大的長徑比(一般大于1000)、極好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性、良好的光電性能，使其生物傳感器、儲氫容器、超容量電容器、機電激勵器、結(jié)構(gòu)增強材料等方面的具有廣泛的應(yīng)用前景；由此可見，將納米氧化亞銅附著在碳納米管的表面不僅有利于電子的傳導(dǎo)，更有利于氧化亞銅保持穩(wěn)定。

但是，在納米氧化亞銅和碳納米管復(fù)合粉體的制備過程中，會遇到碳納米管長徑比高和密度小的特點，造成復(fù)合粉體中碳納米管的團聚和氧化亞銅的偏聚，而且碳納米管表面與氧化亞銅的潤濕性不好，難以形成氧化亞銅對碳納米管的有效包覆。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種碳納米管與氧化亞銅復(fù)合粉體的制備方法，該方法將噴霧熱解制備復(fù)合粉體的優(yōu)勢與碳納米管的表面處理相結(jié)合，將處理后具有表面均勻分布缺陷的碳納米管配置成水分散液，與銅鹽溶液一起進行噴霧，然后精確控制銅鹽的分解溫度和兩種霧化液滴之間的互相碰撞，讓氧化物顆粒均勻的在碳納米管表面的缺陷處析出，從而制備出催化效果優(yōu)異的串珠狀氧化亞銅串聯(lián)包覆碳納米管納米復(fù)合粉體；將碳納米管表面的缺陷與氧化亞銅的形核點有效的結(jié)合到一起。

具體包括以下步驟：

（1）將高溫純化處理后的碳納米管放入酸溶液中攪拌浸泡，洗滌、干燥后得到表面處理后的碳納米管；

（2）將步驟（1）得到的碳納米管分散到去離子水中，其中，碳納米管的質(zhì)量百分比濃度為0.10wt.%-20.0wt.%，同時配制任意濃度的銅鹽溶液，將兩種溶液分別置于超聲霧化裝置中；

（3）打開加熱爐將爐腔的溫度升高250-600℃，然后將兩種不同的溶液超聲霧化成細小的液滴，并同時通入到已經(jīng)加熱并保溫的腔體中，收集沉積到爐體的端口或者中間的粉體得到最終的復(fù)合粉體。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（1）中高溫純化處理的條件為：放到高溫爐（可以是真空燒結(jié)爐、熱處理爐，也可以是通入保護氣氛的燒結(jié)爐）中在2200-3000℃下保溫1-2小時。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（1）中攪拌浸泡的時間為0.5-24h。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述酸溶液為市售濃硫酸、濃硝酸，或者兩者按任意比例混合得到的混合酸。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述的銅鹽溶液為可溶性的銅鹽，可以是硝酸銅、硫酸銅或氯化銅等無機銅鹽，也可以是醋酸銅、油酸銅、硬脂酸銅或醇亞銅等有機銅鹽。

本發(fā)明所述的碳納米管為雙壁碳納米管或者多壁碳納米管，可以是任意純度的碳納米管原料。

本發(fā)明所述的加熱爐，既可以是傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)加熱爐，如電阻絲加熱、煤氣加熱等；也可以是感應(yīng)加熱爐，如微波加熱爐、電磁感應(yīng)加熱爐等。

本發(fā)明所述的超聲霧化裝置可以調(diào)節(jié)霧化功率控制霧化量（大于0.1 升/時），也可以通過控制兩個霧化裝置的霧化液滴流量來對復(fù)合粉體中碳納米管和氧化亞銅的含量進行調(diào)控。

本發(fā)明所具有的優(yōu)點和有益效果：

（1）本發(fā)明所述的制備碳納米管氧化亞銅納米復(fù)合粉體的方法，安全可靠，工藝簡單，產(chǎn)量高，易于實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

（2）本發(fā)明方法所制備的碳納米管氧化亞銅納米復(fù)合粉體中，碳納米管和氧化亞銅之間的結(jié)合緊密，粒度分布均勻。

（3）本發(fā)明所述所制備的氧化亞銅顆粒非常細小，屬于納米數(shù)量級；并且氧化亞銅均勻串聯(lián)包覆在碳納米管的表面上，形成串珠狀，納米氧化亞銅和碳納米管之間的結(jié)合非常好；此外，由于超聲霧化液滴非常細小，在高溫下以每個單獨的液滴發(fā)生干燥、分解、形核和長大、燒結(jié)的過程，因此難以發(fā)生二次團聚，復(fù)合粉體的粒度分布均勻。

附圖說明

圖1復(fù)合粉末的XRD衍射圖譜。

圖2復(fù)合粉體的透射電鏡顯微組織照片。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于所述內(nèi)容。

實施例1

本是實施例提供碳納米管氧化亞銅納米復(fù)合粉體的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）將10g工業(yè)化純度為90%碳納米管放到真空高溫?zé)Y(jié)爐中加熱到2200攝氏度，保溫2小時，然后冷卻得到高溫純化后的碳納米管。

（2）將步驟（1）得到的碳納米管放入硫酸和硝酸體積比為1：3的酸溶液中進行攪拌，攪拌4小時，然后用去離子水沖洗將其洗滌至中性，真空干燥得到表面處理后的碳納米管。

（3）將1 g步驟（2）得到碳納米管分散到1000 ml去離子水溶液中，得到碳納米管前驅(qū)體分散液；取50g乙酸銅溶于500ml的去離子水中得到乙酸銅溶液；將兩個已經(jīng)配置好的溶液分別置于超聲霧化裝置中。

（4）打開管式加熱爐，將爐腔的溫度升高到480℃，并且在該溫度點保溫；將兩種不同的溶液超聲霧化成細小的液滴，調(diào)節(jié)放有碳納米管前驅(qū)體分散液的霧化器的功率使霧化量為300 ml/h，放有乙酸銅溶液的霧化器的霧化量為380 ml/h，同時將霧化液滴通入到已經(jīng)加熱至480℃并保溫的腔體中，在管式加熱爐端口收集粉體得到最終的復(fù)合粉體，收集到的復(fù)合粉體的XRD衍射圖譜和透射電鏡顯微組織照片如圖1和2所示，由圖1可以看出復(fù)合粉體試樣中具有氧化亞銅和碳納米管的衍射峰存在，由圖2可以看出氧化亞銅均勻的鑲嵌在碳納米管的表面，形成糖葫蘆狀或者項鏈狀的顯微組織結(jié)構(gòu)。

實施例2

本是實施例提供碳納米管氧化亞銅納米復(fù)合粉體的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）將20g工業(yè)化純度為90%碳納米管放到真空熱處理中加熱到2800攝氏度，保溫1.5小時，然后冷卻得到高溫純化后的碳納米管。

（2）將步驟（1）得到的碳納米管放入濃硫酸溶液中進行攪拌，攪拌12小時，然后用去離子水沖洗將其洗滌至中性，真空干燥得到表面處理后的碳納米管。

（3）將10g步驟（2）得到碳納米管分散到1000 ml去離子水溶液中，得到碳納米管前驅(qū)體分散液；取100g硫酸銅溶于500ml的去離子水中得到硫酸銅溶液；將兩個已經(jīng)配置好的溶液分別置于超聲霧化裝置中。

（4）打開管式加熱爐，將爐腔的溫度升高到600℃，并且在該溫度點保溫；將兩種不同的溶液超聲霧化成細小的液滴，調(diào)節(jié)放有碳納米管前驅(qū)體分散液的霧化器的功率使霧化量為100 ml/h，放有硫酸銅溶液的霧化器的霧化量為150 ml/h，同時將霧化液滴通入到已經(jīng)加熱至600℃并保溫的腔體中，在管式加熱爐端口收集粉體得到最終的復(fù)合粉體。

實施例3

本是實施例提供碳納米管氧化亞銅納米復(fù)合粉體的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）將50g工業(yè)化純度為90%碳納米管放到惰性氣氛保護的管式爐中加熱到3000攝氏度，保溫1小時，然后冷卻得到高溫純化后的碳納米管。

（2）將步驟（1）得到的碳納米管放入濃硝酸溶液中進行攪拌，攪拌24小時，然后用去離子水沖洗將其洗滌至中性，真空干燥得到表面處理后的碳納米管。

（3）將20 g步驟（2）得到碳納米管分散到1000 ml去離子水溶液中，得到碳納米管前驅(qū)體分散液；取100g醇亞銅溶于1000ml的去離子水中得到醇亞銅溶液；將兩個已經(jīng)配置好的溶液分別置于超聲霧化裝置中。

（4）打開管式加熱爐，將爐腔的溫度升高到250℃，并且在該溫度點保溫；將兩種不同的溶液超聲霧化成細小的液滴，調(diào)節(jié)放有碳納米管前驅(qū)體分散液的霧化器的功率使霧化量為100 ml/h，放有醇亞銅溶液的霧化器的霧化量為300 ml/h，同時將霧化液滴通入到已經(jīng)加熱至250℃并保溫的腔體中，在管式加熱爐端口收集粉體得到最終的復(fù)合粉體。