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专利号: 2019105553456
申请人: 华南师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-15
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种蜂窝状碳纳米管多孔微球的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:

1)将一定量的羧基化碳纳米管加入到质量分数为6 w/v %至15 w/v %的纳米模板颗粒分散液中,超声处理配置成1 mg/mL至20 mg/mL碳纳米管分散液;

2)将步骤1)中分散了碳纳米管的分散液和油相材料分别引入微流控芯片,使用注射泵或气泵作为推动力得到油包水型液滴,其中分散液的流速控制为0.1至5 μL/min,油相材料的流速控制为1至20 μL/min,分散液的流速与油相材料的流速的比控制为1:5至1:100,然后将液滴收集在装有油相材料的容器中,静置2h,将收集了液滴的容器置于50至70 ℃烘箱中12至24 h,使其固化,得到具有纳米颗粒阵列并由碳纳米管和纳米模板颗粒构成的单分散性微球;

3)将步骤2)中得到的固化微球置于管式炉中,采用分步加热法在惰性气氛中进行煅烧提高单分散性微球的机械性能,其中首先将步骤2)中固化的微球置于管式炉中,控制升温速度,在惰性气氛中15 min 内从室温升至100 ℃,然后调节升温速度,70 min 内将温度从

100升至800 ℃,然后在800 ℃维持2至4 h,即得到由碳纳米管和纳米模板颗粒构成的微球,所述惰性气氛为氩气、氦气或氮气气氛;

4)将步骤3)中得到的由碳纳米管和纳米模板颗粒构成的微球置于腐蚀溶液中进行腐蚀4至12 h,然后用去离子水多次洗涤,除去残留的腐蚀溶液,即得蜂窝状碳纳米管多孔微球;

所述蜂窝状碳纳米管多孔微球为碳纳米管构成的三维多孔结构,直径为5至200 μm,含有大量直径为20至1000 nm的微孔。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中所述纳米模板颗粒的粒径为

10至300 nm。

3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中所述纳米模板颗粒的粒径为

10至200 nm。

4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)所述纳米模板颗粒选自SiO2、聚苯乙烯小球、ZnO和Au金属的纳米颗粒、纳米片和纳米棒中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤1)所述纳米模板颗粒为SiO2纳米颗粒。

6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中所述分散液中可选择地加入热固化型单体或光固化型单体,和交联剂,所述的热固化型单体选自苯乙烯、苯氧基化合物、氧杂环丁烷、环氧化合物、聚硅氧烷化合物、丙烯酸类化合物、苯酚类化合物、聚氨酯类化合物及聚酰亚胺类化合物的单体中的一种或几种,所述光固化型单体选自环氧树脂、聚酯丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯和三聚氰胺丙烯酸酯中的一种或几种;所述交联剂选自2,2‑二甲氧基‑2‑苯基苯乙酮、2‑羟基‑2‑甲基‑1‑苯基‑1‑丙酮、2‑甲基‑1‑[4‑甲硫基苯基]‑2‑吗琳基‑1‑丙酮、2‑异丙基硫杂蒽酮、4‑二甲胺基‑苯甲酸乙酯或1‑羟基‑环己基一苯基甲酮中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,当步骤1)中所述分散液中加入光固化型单体和交联剂时,步骤2)中在将液滴收集在装有油相材料的容器中后,用光强度为‑1 ‑1

87.5mW/cm 至175 mW/cm 的紫外光照射100至300s,使其固化,得到单分散性微球。

8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述分散液的流速与油相材料的流速的比控制为1:5至1:50。

9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述分散液的流速与油相材料的流速的比控制为1:5至1:30。

10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述的微流控芯片材料选自硅基芯片、石英毛细管芯片、玻璃芯片和有机高分子聚合物芯片。

11.根据权利要求10所述的制备方法,其特征在于,所述玻璃芯片选自玻璃毛细管芯片和玻璃通道芯片,所述有机高分子聚合物芯片选自热塑性聚合物芯片、热固性聚合物芯片和热挥发性聚合物芯片。

12.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述油相材料的亲水亲油平衡值(HLB)为3 6,选自碳氟油、C8至C25的烷烃、矿物油、二氯甲烷。

~

13.根据权利要求12所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述油相材料为碳氟油、C10至C20的烷烃或矿物油。

14.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述油相材料中还包含表面活性剂材料,所述表面活性剂材料选自全氟辛醇、全氟癸醇、全氟十四酸、全氟聚醚酸、全氟聚醚碳酸铵、全氟聚醚聚乙二醇、全氟聚醚二吗啉磷酸盐、Span20,Span40,Span60,Span80,Tween85,双硬脂酸乙酯基羟乙基甲基硫酸甲酯铵,三硬脂酸乙酯基羟乙基甲基硫酸甲酯铵,烷基叔胺盐中的一种或多种。

15.根据权利要求14所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述表面活性剂材为Span 

80和Span 60。

16.根据权利要求14所述的制备方法,其特征在于,基于油相材料的重量,所述表面活性剂材料的用量为0.1至60 wt%。

17.根据权利要求16所述的制备方法,其特征在于,基于油相材料的重量,所述表面活性剂材料的用量为1至50 wt%。

18.根据权利要求17所述的制备方法,其特征在于,基于油相材料的重量,所述表面活性剂材料的用量为2至30 wt%。

19.一种蜂窝状碳纳米管多孔微球的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:

1)将一定量的羧基化碳纳米管加入到质量分数为6 w/v %至15 w/v %的SiO2纳米模板颗粒分散液中,超声处理配置成1 mg/mL至20 mg/mL碳纳米管分散液;

2)将步骤1)中分散了碳纳米管的分散液和油相材料分别引入微流控芯片,使用注射泵或气泵作为推动力得到油包水型液滴,其中分散液的流速控制为0.1至5 μL/min,油相材料的流速控制为1至20 μL/min,分散液的流速与油相材料的流速的比控制为1:5至1:100,然后将液滴收集在装有油相材料的容器中,静置2h待SiO2纳米模板颗粒在液滴中自组装后,将油包水型液滴置于50至70 ℃烘箱中12至24 h,使其固化,得到具有纳米颗粒阵列并由碳纳米管和SiO2纳米模板颗粒构成的单分散性微球;

3)将步骤2)中得到的固化的微球置于管式炉中,采用分步加热法在惰性气氛中进行煅烧提高单分散性微球的机械性能,其中首先将步骤2)中固化的微球置于管式炉中,控制升温速度,在惰性气氛中15 min 内从室温升至100 ℃,然后调节升温速度,70 min 内将温度从100升至800 ℃,然后在800 ℃维持2至4h,即得到由碳纳米管和SiO2纳米模板颗粒构成的微球;

4)将步骤3)中得到的含有的碳纳米管和SiO2纳米模板颗粒的微球置于质量百分比浓度为5%至20%的HF溶液中,进行腐蚀4至12 h,然后用去离子水多次洗涤除去HF,即得蜂窝状碳纳米管多孔微球;

所述蜂窝状碳纳米管多孔微球为碳纳米管构成的三维多孔结构,直径为5至200 μm,含有大量直径为20至1000 nm的微孔。

20.根据权利要求19所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中所述SiO2纳米模板颗粒的粒径为10至300 nm。

21.根据权利要求19所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中所述SiO2纳米模板颗粒的粒径为10至200 nm。

22.根据权利要求19所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述油相材料的亲水亲油平衡值(HLB)为3 6,选自碳氟油、C8至C25的烷烃、矿物油、二氯甲烷。

~

23.根据权利要求22所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述油相材料为C10至C20的烷烃或矿物油。

24.根据权利要求19所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述油相材料中还包含表面活性剂材料,所述表面活性剂材料选自全氟辛醇、全氟癸醇、全氟十四酸、全氟聚醚酸、全氟聚醚碳酸铵、全氟聚醚聚乙二醇、全氟聚醚二吗啉磷酸盐、Span20,Span40,Span60,Span80,Tween85,双硬脂酸乙酯基羟乙基甲基硫酸甲酯铵,三硬脂酸乙酯基羟乙基甲基硫酸甲酯铵,烷基叔胺盐中的一种或多种。

25.根据权利要求24所述的制备方法,其特征在于,所述表面活性剂材料为Span 80和Span 60。

26.根据权利要求24所述的制备方法,其特征在于,基于油相材料的重量,所述表面活性剂材料的用量为0.1至60 wt%。

27.根据权利要求26所述的制备方法,其特征在于,基于油相材料的重量,所述表面活性剂材料的用量为1至50 wt%。

28.根据权利要求27所述的制备方法,其特征在于,基于油相材料的重量,所述表面活性剂材料的用量为2至30 wt%。

29.根据权利要求19所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述分散液的流速与油相材料的流速的比控制为1:5至1:50。

30.根据权利要求19所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述分散液的流速与油相材料的流速的比控制为1:5至1:30。

31.根据权利要求19所述的制备方法,其特征在于,步骤3)中所述惰性气氛为氩气、氦气或氮气气氛。

32.根据权利要求1至31中任意一项所述制备方法得到的蜂窝状碳纳米管多孔微球。

33.根据权利要求32所述的碳纳米管多孔微球作为电极修饰材料的用途。