一種室溫下具有流體行為的碳納米管/SiO₂雜化納米粒子及其制備方法

專利名稱：一種室溫下具有流體行為的碳納米管/SiO₂雜化納米粒子及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種室溫下具有流體行為的碳納米管/Si02雜化納米粒子及其制備方法。
背景技術：
隨著納米技術的發(fā)展，目前可以精確控制納米粒子的化學結構、形貌、粒徑和分 布。但是，由于納米粒子的團聚性問題阻礙納米粒子工業(yè)化應用，因此需要對納米粒 子進行表面功能化改性，提高納米粒子分散穩(wěn)定性。 一般納米粒子的表面改性，在室 溫或低溫下，納米粒子呈固態(tài)。固態(tài)的納米粒子分散在基礎液體中，會存在一個浸潤
的問題。CN101063032, C贈31955， CN101293646公開了碳納米管納米流體的制備 方法。其所述的納米流體均指加入溶劑后，具有的流動性。而對于室溫下，無溶劑存 在的具有流體行為的納米粒子還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術問題
為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種室溫下具有流體行為的碳納米管 /Si02雜化納米粒子及其制備方法，其在沒有溶劑存在的情況下，室溫下具有流體行為， 雜化納米粒子的含量達15%(質(zhì)量比)以上，其與水的懸浮液具有好的穩(wěn)定性。
技術方案
本發(fā)明方法的技術特征在于組份為10~40%的碳納米管，1 5%的納米Si02， 0.1~1%的硅烷偶聯(lián)劑，50 80%的聚氧乙烯基叔胺Ethomeen18/25表面處理劑；各原 料組份單位為質(zhì)量比，組份含量之和為100%。
所述的納米粒子碳納米管采用直徑S30nm，純度>95%的碳納米管。所述的納米Si02膠體的質(zhì)量含量為30~40%，粒徑S10nm。
所述的硅烷偶聯(lián)劑為，(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，其分子式為 CH2C(CH3)COOCH2CH2Si(OCH3)3;或y-巰丙基三乙氧基硅垸硅，其分子式為 HS(CH2)3Si(OC2H5)3。
一種制備室溫下具有流體行為的碳納米管/Si02雜化納米粒子的方法，其特征在于 步驟如下
步驟1酸化碳納米管將碳納米管與強酸在50 15(TC進行回流反應3h，然后利用 5000 10000rpm高速離心機離心8~12min后收集下層沉淀物，并用去離子水稀釋洗滌 5-6次至pH>5得黑色水溶液，在60 15(TC烘至恒重得酸化碳納米管；所述的強酸為 濃硫酸濃硝酸=3 : 1體積比；
步驟2:將粒徑^10nm的Si02膠體與硅垸偶聯(lián)劑的無水乙醇溶液混合，室溫磁力 攪拌1 3h;
步驟3:將步驟1制得的酸化碳納米管加入步驟2制得的溶液中，磁力攪拌l-3h 后采用聚氧乙烯基叔胺水溶液，調(diào)節(jié)pHS7，然后室溫磁力攪拌l~3h，再超聲分散l~3h 得到膠體懸浮液；
步驟4:將步驟3所得膠體懸浮液，利用5000~10000rpm高速離心機離心8~12min， 去除下層沉淀物，收集上層黑色懸浮液；
步驟5:將黑色懸浮液在真空干燥箱中60 15(TC烘至恒重，得到室溫下具有流體 行為的碳納米管/Si02雜化納米粒子。
有益效果
本發(fā)明的一種室溫下具有流體行為的碳納米管/Si02雜化納米粒子及其制備方法，
經(jīng)過功能化處理后，在納米粒子表面通過表面接枝上非離子表面活性劑的有機軟殼，制備了室溫下具有流體行為的碳納米管/Si02雜化納米粒子，沒有溶劑存在下，呈現(xiàn)單 一的相態(tài)，不同于一般的納米粒子-溶劑體系，呈現(xiàn)固-液兩相體系。這種軟的有機殼， 對于分散的納米粒子來說相當于提供了一種"溶劑"層。從另外一個角度來講，對于核 的納米粒子，這種軟的有機殼層相當于一種潤滑劑，使納米粒子可以流動。這種沒有 溶劑、高納米粒子含量，具有流體行為，且均勻分散的納米粒子完全保持了納米粒子 的納米特性，其不需要溶劑，呈現(xiàn)液態(tài)形式，具有環(huán)保性。它具有更好的工藝性，可 以使納米粒子很容易加入到薄膜或其它功能性基材中。另外，納米流體是一種智能的 無溶劑流體，可用于質(zhì)子導電、磁性、半導體和潤滑劑中。同時，納米粒子在空間分 布保持了納米粒子固有的物理化學性能，使它成為特殊的溶劑/反應介質(zhì)。


圖1本發(fā)明方法的流程圖 圖2:本發(fā)明實施例的數(shù)碼照片
(a) 具有流體行為的雜化粒子
(b) 雜化粒子分散在水中放置3個月
具體實施例方式
現(xiàn)結合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述 實施例1
碳納米管的酸化處理。稱取l.Og的碳納米管與100g的強酸后在75±5°(:反應3h。 離心分離，將下層沉淀物水洗至pH>5,烘干。強酸為濃硫酸濃硝酸=3 : 1 (體積比)。
將0.5g粒徑^10nm，含量為30-40%(質(zhì)量比)的Si02膠體與50g濃度為0.1%(質(zhì) 量比)的y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液混合，其分子式為 CH2C(CH3)COO CH2 CH2Si(0 CH3)室溫磁力攪拌lh。將酸化處理的碳納米管0.5g加入其中，繼續(xù)磁力攪拌lh，之后加入35.5g濃度為10%(質(zhì)量比)聚氧乙烯基叔胺表面活 性劑水溶液，分子式為Q8H37N[(CH2CH20)nH][(CH2CH20)mH]， m+n=15。調(diào)節(jié)pH接 近于7，而后室溫磁力攪拌lh，再超聲分散3h。利用7000rpm高速離心機離心10min， 去除下層少量沉淀物，收集上層黑色懸浮液。將黑色懸浮液，真空干燥箱中7(TC烘至 恒重。
測試性能如圖2所示。 實施例2
碳納米管的酸化處理。稱取1.5g的碳納米管與150g的強酸，75士5。C反應3h。離 心分離，將下層沉淀物水洗至pH>5，烘干。強酸為濃硫酸濃硝酸=3 : 1 (體積比)。
將0.5g粒徑^10nm，含量為30-40% (質(zhì)量比)的Si02膠體與17g濃度為0.1% (質(zhì) 量比)的，(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液混合，其分子式為 CH2C(CH3)COO CH2 CH2Si(0 CH3)室溫磁力攪拌lh。將酸化處理的碳納米管l.Og加入 其中，繼續(xù)磁力攪拌lh，之后加入21.5g濃度為10%(質(zhì)量比)聚氧乙烯基叔胺表面活 性劑水溶液，分子式為C18H37N[(CH2CH20)nH][(CH2CH20)mH]， m+n=15。調(diào)節(jié)pH接 近于7，而后室溫磁力攪拌lh，再超聲分散3h。利用7000rpm高速離心機離心10min， 去除下層少量沉淀物，收集上層黑色懸浮液。將黑色懸浮液，真空干燥箱中7(TC烘至 恒重。
實施例3
碳納米管的酸化處理。稱取1.5g的碳納米管與150g的強酸在75±5°(:反應3h。離 心分離，將下層沉淀物水洗至pH>5,烘干。強酸為濃硫酸濃硝酸=3 : 1 (體積比)。
將0.3g粒徑^10nm，含量為30-40% (質(zhì)量比)的Si02膠體與15g濃度為0.1% (質(zhì) 量比)的Y-氨丙基三乙氧基硅垸的乙醇溶液混合，其分子式為HS(CH2)3Si(OC2H5)3，室溫磁力攪拌lh。將酸化處理的碳納米管l.Og加入其中，繼續(xù)磁力攪拌lh，之后加
入38.9g濃度為10%(質(zhì)量比)聚氧乙烯基叔胺表面活性劑水溶液，m+n=15。調(diào)節(jié)pH 接近于7，而后室溫磁力攪拌lh，再超聲分散3h。利用7000rpm高速離心機離心10min， 去除下層少量沉淀物，收集上層黑色懸浮液。將黑色懸浮液，真空干燥箱中70。C烘至 恒重。
實施例4
碳納米管的酸化處理。稱取2.0g的碳納米管與200g的強酸在75士5'C反應3h。離 心分離，將下層沉淀物水洗至pH>5，烘干。強酸為濃硫酸濃硝酸=3 : 1 (體積比)。
將0.3g粒徑^10nm，含量為30-40% (質(zhì)量比)的Si02膠體與50g濃度為0.1% (質(zhì) 量比)的，巰丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液混合，其分子式為HS(CH2)3Si(OC2H5)3， 室溫磁力攪拌lh。將酸化處理的碳納米管1.5g加入其中，繼續(xù)磁力攪拌lh，之后加 入83.5g濃度為10%(質(zhì)量比)聚氧乙烯基叔胺表面活性劑水溶液，分子式為 C18H37N[(CH2CH20)nH][(CH2CH20)mH]， m+n=15。調(diào)節(jié)pH接近于7，而后室溫磁力 攪拌lh，再超聲分散3h。利用7000rpm高速離心機離心10min，去除下層少量沉淀物， 收集上層黑色懸浮液。將黑色懸浮液，真空干燥箱中7(TC烘至恒重。
權利要求
1.一種室溫下具有流體行為的碳納米管/SiO2雜化納米粒子，其特征在于組份為10～40％的碳納米管，1～5％的納米SiO2，0.1～1％的硅烷偶聯(lián)劑，50～80％的聚氧乙烯基叔胺Ethomeen18/25表面處理劑；各原料組份單位為質(zhì)量比，組份含量之和為100％。
2. 根據(jù)權利要求1所述的室溫下具有流體行為的碳納米管/Si02雜化納米粒子，其特 征在于所述的納米粒子碳納米管采用直徑S30nm，純度>95%的碳納米管。
3. 根據(jù)權利要求1所述的室溫下具有流體行為的碳納米管/Si02雜化納米粒子，其特 征在于所述的納米SiO2膠體的質(zhì)量含量為30 40y。，粒徑g0nm。
4. 根據(jù)權利要求1所述的室溫下具有流體行為的碳納米管/Si02雜化納米粒子，其特 征在于所述的硅烷偶聯(lián)劑為？(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，其分子式 為CH2C(CH3)COOCH2CH2Si(OCH3)3;或y-巰丙基三乙氧基硅烷硅，其分子式為 HS(CH2)3Si(OC2H5)3。
5. —種制備權利要求1~4中任一種室溫下具有流體行為的碳納米管/Si02雜化納米粒 子的方法，其特征在于步驟如下步驟l酸化碳納米管將碳納米管與強酸在50 15(TC進行回流反應3h，然后利 用5000 10000rpm高速離心機離心8 12min后收集下層沉淀物，并用去離子水稀釋 洗滌5-6次至pH>5得黑色水溶液，在60 15(TC烘至恒重得酸化碳納米管；所述的 強酸為濃硫酸濃硝酸=3 : 1體積比；步驟2:將粒徑5l0nm的Si02膠體與硅垸偶聯(lián)劑的無水乙醇溶液混合，室溫磁 力攪拌l~3h;步驟3:將步驟1制得的酸化碳納米管加入步驟2制得的溶液中，磁力攪拌l-3h 后采用聚氧乙烯基叔胺水溶液，調(diào)節(jié)pHS7，然后室溫磁力攪拌l~3h，再超聲分散1 3h得到膠體懸浮液；步驟4:將步驟3所得膠體懸浮液，利用5000 10000rpm高速離心機離心 8 12min，去除下層沉淀物，收集上層黑色懸浮液；步驟5:將黑色懸浮液在真空干燥箱中60 15(TC烘至恒重，得到室溫下具有流 體行為的碳納米管/Si02雜化納米粒子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種室溫下具有流體行為的碳納米管/SiO₂雜化納米粒子及其制備方法，技術特征在于將碳納米管進行酸化后與SiO₂膠體與硅烷偶聯(lián)劑的無水乙醇溶液混合，然后采用聚氧乙烯基叔胺水溶液，調(diào)節(jié)pH≤7；利用高速離心機離心去除下層沉淀物，收集上層黑色懸浮液；將黑色懸浮液在真空干燥箱中烘至恒重，得到室溫下具有流體行為的碳納米管/SiO₂雜化納米粒子。本發(fā)明的具有流體行為的碳納米管/SiO₂雜化納米粒子制備操作簡單、易行，由于其良好分散性、熱穩(wěn)定性和在低蒸氣壓下的流動性，使得其在潤滑劑、增塑劑或者成膜先驅(qū)體等方面具有潛在的應用前景。
文檔編號C01B31/00GK101538030SQ20091002216
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權日2009年4月23日
發(fā)明者張嬌霞, 鄭亞萍 申請人:西北工業(yè)大學