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一种碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料的制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2014-11-12
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2015-03-25
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2017-01-25
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2034-11-12
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201410634040.1 申请日 2014-11-12
公开/公告号 CN104371101B 公开/公告日 2017-01-25
授权日 2017-01-25 预估到期日 2034-11-12
申请年 2014年 公开/公告年 2017年
缴费截止日
分类号 C08G73/02C08L79/02C08L1/28C08K9/04C08K7/24C08K3/24C09K3/00 主分类号 C08G73/02
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 1
权利要求数量 2 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 浙江理工大学 当前专利权人 浙江理工大学
发明人 朱曜峰、俞璐军、傅雅琴 第一发明人 朱曜峰
地址 浙江省杭州市杭州经济技术开发区白杨街道2号大街928号 邮编
申请人数量 1 发明人数量 3
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
杭州斯可睿专利事务所有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
林君勇
摘要
本发明涉及吸波材料领域,具体涉及一种碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料的制备方法。该方法在碳纳米管钛酸钡复合材料的表面包覆聚苯胺,得到碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料。该材料不仅具备高介电性能,并且其阻抗匹配频率可调得到了调节,在制备过程中可以通过对加入酸的浓度达到对导电性能的控制,得到更好的阻抗匹配吸波频率可调的吸波材料。
  • 摘要附图
    一种碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料的制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2017-01-25 授权
2 2015-03-25 实质审查的生效 IPC(主分类): C08G 73/02 专利申请号: 201410634040.1 申请日: 2014.11.12
3 2015-02-25 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:取
30-50mg碳纳米管钛酸钡复合材料,将其分散到20-30ml去离子水中,再加入20-25mg十二烷基苯磺酸钠,超声条件下反应2h,得悬浮液;将5mmol苯胺单体和1-8ml的0.5-5mol/L的盐酸,在不断搅拌下,逐次添加至悬浮液体系中,得到悬浮体系;将5mmol的过硫酸铵溶解到
10ml的去离子水中,得到过硫酸铵溶液;将悬浮体系和过硫酸铵溶液均预冷至-10-0℃,然后将过硫酸铵溶液滴以1-2ml/min的速度加至悬浮液体系中,在冰浴下反应5-24h,最后将所得产物用去离子水和乙醇反复清洗至无色,得到碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料,所述悬浮体系或滴加有过硫酸铵溶液的悬浮体系中还加入10-30mg二甲基亚砜,所述悬浮体系或滴加有过硫酸铵溶液的悬浮体系中还加入10-20mg的羧甲基纤维素;
所述碳纳米管钛酸钡复合材料的制备方法包括以下步骤:
(1)将碳纳米管添加到浓硝酸中,在115℃下,搅拌反应6小时,浓硝酸与碳纳米管的重量比为50:1;反应结束后,冷却并过滤,然后采用去离子水将碳纳米管清洗至中性;
(2)钛酸钡前驱体的制备
将5mmol的醋酸钡溶解到5ml冰醋酸和20ml无水乙醇的混合溶液中,在60℃的水浴中搅拌30min,以充分溶解,得到溶液A;
将5mmol钛酸异丙酯溶解到10ml无水乙醇和1ml去离子水的混合溶液中,搅拌15min,使充分溶解,得到溶液B;
按照Ba和Ti的摩尔比为1:1,对B和A进行计量,然后将计量好的溶液B加入到溶液A中,充分混匀后,在60℃水浴下反应2-3h,最后在室温下陈化24h以上后,得到钛酸钡前驱体;
(3)碳纳米管钛酸钡复合材料的制备
将步骤(1)处理后的碳纳米管100mg分散于40-60ml钛酸钡前驱体中,超声分散30min后为悬浮液,再将悬浮液于40℃水浴中,搅拌条件下保持4h,最后将悬浮液过滤,所得产物于氩气气氛下,700℃煅烧2-3h,得到碳纳米管钛酸钡复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中,超声前还加入50-80mg的乙二胺四乙酸二钠。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及吸波材料领域,具体涉及一种碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料的制备方法。

背景技术

[0002] 随着现代微波电子技术与现代雷达的飞速发展,电磁波辐射对环境的影响日益增大,在继噪音污染、空气污染、水污染之后,电磁波污染已经成了威胁人类生存的第四大公害,对电磁辐射的防护已越来越引起人们的重视。针对日常电磁污染的防护要求,设计及制备吸波材料是解决电磁污染危害的有效途径。因此对电磁波吸收材料的研究具有非常重要的意义,制备性能优异的吸波材料成为当前的研究热点。
[0003] 长期以来,人类生活在低电磁辐射水平的环境中,但随着科学技术的日新月异,特别是电子工业及电子产品的迅猛发展,电子元器件的高度集成化、电子设备的高度微型化,使得生活环境的电磁辐射日益严重,从而造成环境的电磁污染。常见的电磁波对环境的污染,主要表现在下列几方面:电磁干扰、电磁波泄露以及电磁辐射对人体健康带来的危害等。随着电磁辐射的危害越来越引起人们的关注,如何把电磁辐射对环境造成的污染减小到最低程度,保护环境,保护居民的身体健康,就成为一个重要的研究课题。目前,电磁防护的主要措施有电磁波屏蔽、电磁波吸收两种方法。前者主要以反射电磁波能量的形式对电磁辐射进行衰减;后者主要以吸收电磁波能量的形式对电磁辐射进行衰减。电磁屏蔽一般是采用低电阻的金属良导体或导电树脂材料,当电磁辐射由空气射向这些导体时,在金属导体的表面将产生反射与折射现象,电磁屏蔽就是利用金属导体对电磁辐射的反射效应与吸收效应来达到抑制电磁辐射的目的。而电磁波吸收是通过吸波材料对电磁波进行吸收。吸波材料是一种使入射电磁波最大限度进入材料内部,并且能够有效吸收衰减入射电磁波,并将其电磁能转换成热能而耗散掉或使电磁波因干涉而消失的一种功能材料。
[0004] 各种碳系材料,包括碳黑,碳纳米纤维,碳纳米管及石墨烯,由于它们具有独特的结构,在电磁波领域逐渐被发掘,特别是碳纳米管,其对电磁波具有更大的反射率,从而降低了电磁波的波长,同时,多壁碳纳米管的大高宽比使其具备非常大的界面面积,这有利于电子传输性和导电性,这些都显示其在吸波材料领域具备巨大的潜能。
[0005] 而目前,不论是吸波材料宏观领域还是关于碳纳米管应用于吸波材料的微观领域,均存在着空白。这从另一方面限制了吸波材料的发展。

发明内容

[0006] 为了解决目前存在的上述问题,本发明提供一种碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料的制备方法。采用该方法制备的复合材料具有优异的吸波材料,该吸波材料具有高介电性能,并且其阻抗匹配频率可调得到了调节。
[0007] 为了达到上述发明目的,本发明采用以下技术方案:
[0008] 一种碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料的制备方法,包括以下步骤:取30-50mg碳纳米管钛酸钡复合材料,将其分散到20-30ml去离子水中,再加入20-25mg十二烷基苯磺酸钠,超声条件下反应2h,得悬浮液;将5mmol苯胺单体和1-8ml的0.5-5mol/L的盐酸,在不断搅拌下,逐次添加至悬浮液体系中,得到悬浮体系;将5mmol的过硫酸铵溶解到10ml的去离子水中,得到过硫酸铵溶液;将悬浮体系和过硫酸铵溶液均预冷至-10-0℃,然后将过硫酸铵溶液滴以1-2ml/min的速度加至悬浮液体系中,在冰浴下反应5-24h,最后将所得产物用去离子水和乙醇反复清洗至无色,得到碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料。
[0009] 碳纳米管钛酸钡复合材料虽然具有良好的吸波性能,但是其在阻抗匹配吸波频率可调上却存在着不足,通过将聚苯胺与碳纳米管钛酸钡复合材料形成三元异质结构并制备得到三元复合材料后,从而实现导电性能可控,其实现形式是以调节加入的酸浓度达到的。
[0010] 作为优选,所述悬浮体系或滴加有硫酸铵溶液的悬浮体系中还加入10-30mg二甲基亚砜。
[0011] 随着温度的降低,会朝着有利于悬浮体系和过硫酸铵溶液的反应进行,但是随着温度的降低,反应体系中会出现结冰现象,为了确保反应能够顺利进行,就要避免结冰对反应的不利影响,当加入二甲基亚砜后,不仅可以使得体系的冰点降低,同时二甲基亚砜能够加速硫酸铵的反应,促使反应向正方向进行。
[0012] 作为优选,所述悬浮体系或滴加有硫酸铵溶液的悬浮体系中还加入10-20mg的羧甲基纤维素。
[0013] 在本发明中,在碳纳米管钛酸钡复合材料包覆的聚苯胺与基材的结合强度不稳定,加入羧甲基纤维素可以提高聚苯胺与基材的结合强度,省去了对制备的产品后续的处理工序,节省了工艺时间。从而不仅优化了制备工艺,并且提高了产品的稳定性能。
[0014] 作为优选,所述碳纳米管钛酸钡复合材料的制备方法包括以下步骤:
[0015] (1)将碳纳米管添加到浓硝酸中,在115℃下,搅拌反应6小时,浓硝酸与碳纳米管的重量比为50:1;反应结束后,冷却并过滤,然后采用去离子水将碳纳米管清洗至中性;
[0016] (2)钛酸钡前驱体的制备
[0017] 将5mmol的醋酸钡溶解到5ml冰醋酸和20ml无水乙醇的混合溶液中,在60℃的水浴中搅拌30min,以充分溶解,得到溶液A;
[0018] 将5mmol钛酸异丙酯溶解到10ml无水乙醇和1ml去离子水的混合溶液中,搅拌15min,使充分溶解,得到溶液B;
[0019] 按照Ba和Ti的摩尔比为1:1,对B和A进行计量,然后将计量好的溶液B加入到溶液A中,充分混匀后,在60℃水浴下反应2-3h,最后在室温下陈化24h以上后,得到钛酸钡前驱体;
[0020] (3)碳纳米管钛酸钡复合材料的制备
[0021] 将步骤(1)处理后的碳纳米管100mg分散于40-60ml钛酸钡前驱体中,超声分散30min后为悬浮液,再将悬浮液于40℃水浴中,搅拌条件下保持4h,最后将悬浮液过滤,所得产物于氩气气氛下,700℃煅烧2-3h,得到碳纳米管钛酸钡复合材料。
[0022] 作为优选,所述步骤(3)中,超声前还加入50-80mg的乙二胺四乙酸二钠。
[0023] 由于聚苯胺在钛酸钡表面形成后结合强度不稳定,乙二胺四乙酸二钠能够提高聚苯胺与钛酸钡的结合强度,从而聚苯胺的包覆厚度。
[0024] 本发明与现有技术相比,本发明的方法制备的面料具有以下优点:
[0025] 1、本发明的碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料具备更好的吸波性能,其质量较轻、其吸波频段较宽、吸收率好;
[0026] 2、本发明制备的复合材料不仅具备高介电性能,并且其阻抗匹配频率可调得到了调节;
[0027] 3、本发明的制备方法,可以通过对加入酸的浓度达到对导电性能的控制,得到更好的阻抗匹配吸波频率可调的吸波材料。
[0028] 4、本发明的工艺步骤简单,能够直接通过过硫酸铵反应对包覆有钛酸钡的碳纳米管进行包覆。

实施方案

[0029] 下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
[0030] 如果无特殊说明,本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料,实施例中所采用的方法,均为本领域的常规方法。
[0031] 本发明采用的碳纳米管钛酸钡复合材料的制备方法包括以下步骤:
[0032] (1)将碳纳米管添加到浓硝酸中,在115℃下,搅拌反应6小时,浓硝酸与碳纳米管的重量比为50:1;反应结束后,冷却并过滤,然后采用去离子水将碳纳米管清洗至中性;
[0033] (2)钛酸钡前驱体的制备
[0034] 将5mmol的醋酸钡溶解到5ml冰醋酸和20ml无水乙醇的混合溶液中,在60℃的水浴中搅拌30min,以充分溶解,得到溶液A;
[0035] 将5mmol钛酸异丙酯溶解到10ml无水乙醇和1ml去离子水的混合溶液中,搅拌15min,使充分溶解,得到溶液B;
[0036] 按照Ba和Ti的摩尔比为1:1,对B和A进行计量,然后将计量好的溶液B加入到溶液A中,充分混匀后,在60℃水浴下反应2-3h,最后在室温下陈化24h以上后,得到钛酸钡前驱体;
[0037] (3)碳纳米管钛酸钡复合材料的制备
[0038] 将步骤(1)处理后的碳纳米管100mg分散于40-60ml钛酸钡前驱体中,超声分散30min后为悬浮液,再将悬浮液于40℃水浴中,搅拌条件下保持4h,最后将悬浮液过滤,所得产物于氩气气氛下,700℃煅烧2-3h,得到碳纳米管钛酸钡复合材料。
[0039] 本发明采用的另一种碳纳米管钛酸钡复合材料的制备方法包括以下步骤:
[0040] 步骤(1)和(2)与上述相同,步骤(3)中,在超声前还加入50-80mg的乙二胺四乙酸二钠。
[0041] 将采用这两种方法制备的碳纳米管钛酸钡复合材料用于以下各实施例。
[0042] 实施例1
[0043] 一种碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料的制备方法,包括以下步骤:取30mg碳纳米管钛酸钡复合材料,将其分散到30ml去离子水中,再加入20mg十二烷基苯磺酸钠,超声条件下反应2h,得悬浮液;将5mmol苯胺单体和1ml的5mol/L的盐酸,在不断搅拌下,逐次添加至悬浮液体系中,得到悬浮体系;将5mmol的过硫酸铵溶解到10ml的去离子水中,得到过硫酸铵溶液;将悬浮体系和过硫酸铵溶液均预冷至0℃,然后将过硫酸铵溶液滴以1ml/min的速度加至悬浮液体系中,在冰浴下反应24h,最后将所得产物用去离子水和乙醇反复清洗至无色,得到碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料。
[0044] 实施例2
[0045] 一种碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料的制备方法,包括以下步骤:取50mg碳纳米管钛酸钡复合材料,将其分散到20ml去离子水中,再加入25mg十二烷基苯磺酸钠,超声条件下反应2h,得悬浮液;将5mmol苯胺单体和8ml的0.5mol/L的盐酸,在不断搅拌下,逐次添加至悬浮液体系中,得到悬浮体系;将5mmol的过硫酸铵溶解到10ml的去离子水中,得到过硫酸铵溶液;将悬浮体系和过硫酸铵溶液均预冷至-1℃,然后将过硫酸铵溶液滴以2ml/min的速度加至悬浮液体系中,在冰浴下反应5h,最后将所得产物用去离子水和乙醇反复清洗至无色,得到碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料。
[0046] 实施例3
[0047] 一种碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料的制备方法,包括以下步骤:取30mg碳纳米管钛酸钡复合材料,将其分散到30ml去离子水中,再加入20mg十二烷基苯磺酸钠,超声条件下反应2h,得悬浮液;将5mmol苯胺单体和5ml的1mol/L的盐酸,30mg二甲基亚砜,在不断搅拌下,逐次添加至悬浮液体系中,得到悬浮体系;将5mmol的过硫酸铵溶解到10ml的去离子水中,得到过硫酸铵溶液;将悬浮体系和过硫酸铵溶液均预冷至-5℃,然后将过硫酸铵溶液滴以1-2ml/min的速度加至悬浮液体系中,在冰浴下反应10h,最后将所得产物用去离子水和乙醇反复清洗至无色,得到碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料。
[0048] 实施例4
[0049] 一种碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料的制备方法,包括以下步骤:取40mg碳纳米管钛酸钡复合材料,将其分散到25ml去离子水中,再加入25mg十二烷基苯磺酸钠,超声条件下反应2h,得悬浮液;将5mmol苯胺单体和5ml的5ml的3mol/L的盐酸,20mg二甲基亚砜,10mg的羧甲基纤维素,在不断搅拌下,逐次添加至悬浮液体系中,得到悬浮体系;将5mmol的过硫酸铵溶解到10ml的去离子水中,得到过硫酸铵溶液;将悬浮体系和过硫酸铵溶液均预冷至-10℃,然后将过硫酸铵溶液滴以1-2ml/min的速度加至悬浮液体系中,在冰浴下反应24h,最后将所得产物用去离子水和乙醇反复清洗至无色,得到碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料。
[0050] 实施例5
[0051] 一种碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料的制备方法,包括以下步骤:取30mg碳纳米管钛酸钡复合材料,将其分散到25ml去离子水中,再加入25mg十二烷基苯磺酸钠,超声条件下反应2h,得悬浮液;将5mmol苯胺单体和5ml的5ml的2mol/L的盐酸,10mg二甲基亚砜,20mg的羧甲基纤维素,在不断搅拌下,逐次添加至悬浮液体系中,得到悬浮体系;将5mmol的过硫酸铵溶解到10ml的去离子水中,得到过硫酸铵溶液;将悬浮体系和过硫酸铵溶液均预冷至-10℃,然后将过硫酸铵溶液滴以1-2ml/min的速度加至悬浮液体系中,在冰浴下反应8h,最后将所得产物用去离子水和乙醇反复清洗至无色,得到碳纳米管钛酸钡聚苯胺复合材料。
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