專利名稱：在碳布基底上生長碳納米管的方法
技術領域：
本發明涉及一種生長碳納米管的方法，特別涉及在碳布基底上生長碳納米管的方法。
背景技術：
文獻“Direct growth of carbon nanotubes on the surface of ceramic fibers，Carbon，2005，43855-894.”公開了一種用注射法生長碳納米管的方法，該方法以二甲苯-二茂鐵的混合液為原料，二茂鐵催化裂解二甲苯，在SiC和鋁纖維上生長列線的碳納米管。由于原料采用注射法，以0.05ml/min的速度進給，同時需要依靠氮氣和氫氣的混合氣鼓泡，將二甲苯-二茂鐵的混合液攜帶入反應區，液體進給量很小，需要依靠混合氣體鼓泡攜入，過程受人為因素影響大，難于控制。
文獻“The growth of multi-walled carbon nanotubes with different morphologies oncarbon fibers，Carbon，2005，43651-673.”公開了一種對二甲苯-二茂鐵溶液的催化裂解，在碳纖維上生長多種形態的碳納米管的方法。原料二甲苯-二茂鐵的混合液通過間歇注射，通過氮氣和氫氣的混合氣攜入反應區，操作過程復雜。
文獻“Synthesis and characterization of in situ grown carbon nanofiber/nanotubereinforced carbon/carbon composites，Carbon，2005，432397-2429.”公開了一種利用催化裂解在碳纖維上原位生長碳納米纖維、碳納米管的方法，首先將碳纖維在稀的H2SO4，HNO3混合液中進行酸化處理，多次水洗，干燥。再在其上采用原位共沉淀法沉積Ni-Al(4∶1)催化劑，然后催化裂解丙烯和氫氣的混合氣體，在碳纖維上原位生長碳納米纖維、碳納米管。該方法的不足在于(1)要對基底碳纖維進行酸化處理。(2)要預先制備催化劑，步驟繁雜。
發明內容
為了克服現有技術要預先制備催化劑以及對基底要進行預處理的不足，本發明提供一種在碳布基底上生長碳納米管的方法，采用市售的物質為催化劑，天然氣為碳源，在碳布上直接生長碳納米管。
本發明解決其技術問題所采取的技術方案是一種在碳布基底上生長碳納米管的方法，其特征在于，包括下述步驟1)取石墨紙和1K碳布，石墨紙平鋪在石墨模具里，碳布則平鋪于石墨紙上，按照Ni∶S＝1∶1～1∶0.2的比例將Ni粉和化學純的升華S粉混合均勻并鋪撒在碳布上，將石墨模具放入高溫爐中；2)用常規方法檢查高溫爐的氣密性完好后，開啟抽氣泵，排盡高溫爐中空氣；3)在確認高溫爐中空氣排盡后，通入高純的Ar氣，Ar氣流量0.05～0.4m3/h，同時在1～2小時內升溫至1050～1300℃；4)通入天然氣，流量為0.1～0.4m3/h，Ar氣流量為0.4～2.8m3/h，于1050～1300℃恒溫1～4小時；5)切斷電源，隨爐降至室溫，降溫過程仍保持Ar氣流量為0.05～0.4m3/h；6)爐溫降至室溫后，關閉Ar氣，開爐取出石墨模具，碳布上的黑色沉積物即碳納米管。
所述Ni粉顆粒為200～400目。
本發明的有益效果是由于采用Ni粉和升華S粉為催化劑，催化裂解天然氣，直接在碳布上生長碳納米管，催化劑Ni粉和升華S粉以及基底碳布均購來即用，不需要預先制備催化劑，也不需要對基底進行預處理，碳源天然氣廉價易得，生長碳納米管的工藝操作一步完成。
圖1(a)是在碳布基底上生長碳納米管的方法生長的多壁碳納米管掃描電鏡照片圖1(b)是在碳布基底上生長碳納米管的方法生長的多壁碳納米管透射電鏡照片具體實施方式
實施例1(1)取石墨紙和1K碳布，石墨紙平鋪在石墨模具里，碳布則平鋪于石墨紙上，石墨紙、碳布的大小以正好平鋪滿石墨模具為宜。稱取200目Ni粉1g、化學純的升華S粉1g，使之混合均勻并鋪撒在碳布上，將石墨模具放入高溫爐中；(2)用常規方法檢查高溫爐的氣密性；(3)開啟真空泵，排除爐中空氣，通Ar30分鐘，反復上述操作三次，確保爐內空氣排盡；(4)在確認高溫爐中空氣排盡后，通入高純的Ar氣，使Ar流量為0.4m3/h，1小時內升溫至1300℃；(5)通入天然氣，流量為0.1m3/h，Ar流量為0.4m3/h，于1300℃恒溫1小時；(6)切斷電源，隨爐降至室溫，降溫過程仍保持Ar氣流量為0.4m3/h。
(7)爐溫降至室溫后，關閉Ar氣，開爐取出石墨模具，碳布上有一層黑色沉積物。
經對該黑色沉積物直接取樣進行掃描電鏡觀測，所得碳納米管為多壁碳納米管。圖1(a)是用本發明方法在碳布上生長的多壁碳納米管的掃描電鏡照片，可明顯看出，得到的管狀物為離散的、管徑較均勻的直徑小于100nm的管狀物。圖1(b)是用本發明方法在碳布上生長的多壁碳納米管的透射電鏡照片，可明顯看出，得到的碳納米管為直的多壁管。
實施例2(1)取石墨紙和1K碳布，石墨紙平鋪在石墨模具里，碳布則平鋪于石墨紙上，石墨紙、碳布的大小以正好平鋪滿石墨模具為宜。稱取300目Ni粉1g、化學純的升華S粉0.8g，使之混合均勻并鋪撒在碳布上，將石墨模具放入高溫爐中；(2)用常規方法檢查高溫爐的氣密性；(3)開啟真空泵，排除爐中空氣，通Ar30分鐘，反復上述操作三次，確保爐內空氣排盡；(4)在確認高溫爐中空氣排盡后，通入高純的Ar氣，Ar氣流量為0.3m3/h，1小時內升溫至1100℃；(5)通入天然氣，流量為0.2m3/h，Ar流量為1.5m3/h，于1100℃恒溫2小時；(6)切斷電源，隨爐降至室溫，降溫過程仍保持Ar氣流量為0.3m3/h。
(7)爐溫降至室溫后，關閉Ar氣，開爐取出石墨模具，碳布上有一層黑色沉積物。
實施例3(1)取石墨紙和1K碳布，石墨紙平鋪在石墨模具里，碳布則平鋪于石墨紙上，石墨紙、碳布的大小以正好平鋪滿石墨模具為宜。稱取300目Ni粉1g、化學純的升華S粉0.6g，使之混合均勻并鋪撒在碳布上，將石墨模具放入高溫爐中；(2)用常規方法檢查高溫爐的氣密性；(3)開啟真空泵，排除爐中空氣，通Ar30分鐘，反復上述操作三次，確保爐內空氣排盡；(4)在確認高溫爐中空氣排盡后，通入高純的Ar氣，Ar氣流量為0.1m3/h，1.5小時內升溫至1050℃；(5)通入天然氣，流量為0.3m3/h，Ar氣流量為2.5m3/h，于1050℃恒溫3小時；(6)切斷電源，隨爐降至室溫，降溫過程仍保持Ar氣流量為0.1m3/h。
(7)爐溫降至室溫后，關閉Ar氣，開爐取出石墨模具，碳布上有一層黑色沉積物。
實施例4(1)取石墨紙和1K碳布，石墨紙平鋪在石墨模具里，碳布則平鋪于石墨紙上，石墨紙、碳布的大小以正好平鋪滿石墨模具為宜。稱取400目Ni粉1g、化學純的升華S粉0.2g，使之混合均勻并鋪撒在碳布上，將石墨模具放入高溫爐中；(2)用常規方法檢查高溫爐的氣密性；(3)開啟真空泵，排除爐中空氣，通Ar30分鐘，反復上述操作三次，確保爐內空氣排盡；(4)在確認高溫爐中空氣排盡后，通入高純的Ar氣，Ar氣流量0.05m3/h，同時在2小時內升溫至1200℃；(5)通入天然氣，流量為0.4m3/h，Ar氣流量為2.8m3/h，于1200℃恒溫4小時；(6)切斷電源，隨爐降至室溫，降溫過程仍保持Ar氣流量為0.05m3/h；(7)爐溫降至室溫后，關閉Ar氣，開爐取出石墨模具，碳布的黑色沉積物即碳納米管。
權利要求
1.一種在碳布基底上生長碳納米管的方法，其特征在于，包括下述步驟1)取石墨紙和1K碳布，石墨紙平鋪在石墨模具里，碳布則平鋪于石墨紙上，按照Ni∶S＝1∶1～1∶0.2的比例將Ni粉和化學純的升華S粉混合均勻并鋪撒在碳布上，將石墨模具放入高溫爐中；2)用常規方法檢查高溫爐的氣密性完好后，開啟抽氣泵，排盡高溫爐中空氣；3)在確認高溫爐中空氣排盡后，通入高純的Ar氣，Ar氣流量0.05～0.4m3/h，同時在1～2小時內升溫至1050～1300℃；4)通入天然氣，流量為0.1～0.4m3/h，Ar氣流量為0.4～2.8m3/h，于1050～1300℃恒溫1～4小時；5)切斷電源，隨爐降至室溫，降溫過程仍保持Ar氣流量為0.05～0.4m3/h；6)爐溫降至室溫后，關閉Ar氣，開爐取出石墨模具，碳布上的黑色沉積物即碳納米管。
2.根據權利要求1所述的在碳布基底上生長碳納米管的方法，其特征在于所述Ni粉顆粒為200～400目。
全文摘要
本發明公開了一種在碳布基底上生長碳納米管的方法，用于生長碳納米管，包括下述步驟取石墨紙和1K碳布，石墨紙平鋪在石墨模具里，碳布則平鋪于石墨紙上，按比例將Ni粉和升華S粉混合均勻并鋪撒在碳布上，將石墨模具放入高溫爐中；在確認高溫爐中空氣排盡后，通入高純的Ar氣，在1～2小時內升溫至1050～1300℃；通入天然氣，在Ar氣保護下于1050～1300℃恒溫1～4小時；爐溫降至室溫后，關閉Ar氣，開爐取出石墨模具，碳布上的黑色沉積物即碳納米管。本發明采用Ni粉和升華S粉為催化劑，催化裂解天然氣，直接在碳布上生長碳納米管，Ni粉和升華S粉以及基底碳布均購來即用，不需要預先制備催化劑，也不需要對基底進行預處理，生長碳納米管的工藝操作一步完成。
文檔編號B82B3/00GK1868869SQ20061004293
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月7日 優先權日2006年6月7日
發明者李賀軍, 弓巧娟, 李克智, 王翔, 郭領軍 申請人:西北工業大學