本發(fā)明公開了一種富勒烯納米纖維薄膜、多孔碳纖維薄膜及其制備方法，屬于碳纖維材料的制備領(lǐng)域，將富勒烯充分溶解至富勒烯的良溶劑中得到混合溶液，將富勒烯的不良溶劑加入混合溶液，在富勒烯的良溶劑和不良溶劑的界面形成富勒烯納米纖維；將分離出的富勒烯納米纖維分散在富勒烯的不良溶劑中，得到分散液，對(duì)分散液依次進(jìn)行抽濾、干燥，得到富勒烯納米纖維薄膜。通過抽濾的方法實(shí)現(xiàn)富勒烯纖維和溶劑的快速分離，大大提高了成膜效率，無需昂貴的成膜設(shè)備、簡(jiǎn)化了操作步驟、大大降低了富勒烯薄膜的制備成本。對(duì)富勒烯納米纖維薄膜進(jìn)行簡(jiǎn)單的高溫退火處理即可得到具有多孔結(jié)構(gòu)的富勒烯衍生的碳纖維薄膜。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳纖維材料的制備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種富勒烯納米纖維薄膜、多孔碳纖維薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)與石墨的基本結(jié)構(gòu)相似，但不是理想的石墨層狀結(jié)構(gòu)。碳纖維每個(gè)層平面間的碳原子排布不如石墨那樣理想規(guī)則，每個(gè)層面間的碳原子借助共價(jià)鍵連接，層與層之間通過范德華力相連，所以層片邊緣不整齊，是各向異性材料。和石墨的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)相比較，碳纖維的碳原子層面間出現(xiàn)了不規(guī)律的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于以共價(jià)鍵連接的碳原子層大致上平行于纖維軸排布，因此具有很高的軸向拉伸模量。在亂層石墨結(jié)構(gòu)中，石墨層片作為基本的結(jié)構(gòu)單元，層片與層片之間相互交叉形成石墨微晶，進(jìn)一步形成原纖維，最終由原纖維組成碳纖維的單絲。

碳纖維具有分子級(jí)細(xì)孔，比表面積大，邊緣碳原子活性點(diǎn)多等優(yōu)點(diǎn)，因此可以用來作為催化劑和催化劑的載體；碳纖維具有較高的長(zhǎng)徑比、完善的石墨化結(jié)構(gòu)、高的熱傳導(dǎo)性及導(dǎo)電性、表面有一定的化學(xué)活性等特點(diǎn)，因此其一個(gè)重要用途是作為改進(jìn)力學(xué)性能的增強(qiáng)劑，應(yīng)用在復(fù)合材料領(lǐng)域可以提高基體的拉伸、沖擊強(qiáng)度和模量，并且導(dǎo)電導(dǎo)熱性都有大幅度提高。碳纖維作為增強(qiáng)體，在擁有一系列優(yōu)異性能的同時(shí)，也存在著一些不可回避的問題。即碳纖維表面呈亂層石墨結(jié)構(gòu)，表面光滑且呈惰性，與聚合物基體之間無法實(shí)現(xiàn)良好的潤(rùn)濕與結(jié)合，最終影響復(fù)合材料的界面性能及整體性能的發(fā)揮。

富勒烯作為第三種被發(fā)現(xiàn)的碳的同素異形體，也是目前已知的唯一可溶解且具有明確分子結(jié)構(gòu)的碳材料，從發(fā)現(xiàn)之初便引起了人們的極大興趣。經(jīng)過30多年的研究，富勒烯及其衍生物的化學(xué)和物理性質(zhì)研究得到迅速發(fā)展，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)富勒烯具有優(yōu)良的超導(dǎo)和磁性能、非線性光學(xué)效應(yīng)及光學(xué)限幅效應(yīng)等一系列奇異的光電磁等物理性質(zhì)，在光調(diào)制、光開關(guān)、光電轉(zhuǎn)換等光電器件和通訊、太陽能電池、生物應(yīng)用、光電催化等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。富勒烯衍生碳材料主要是指C₆₀球形結(jié)構(gòu)受到外界因素使之籠狀結(jié)構(gòu)坍塌，繼而破碎或重構(gòu)所形成的碳材料。富勒烯衍生碳材料中仍保留了大量的C₆₀碳五元環(huán)結(jié)構(gòu)，具有豐富的本征缺陷，能提供大量的潛在活性位點(diǎn)，展現(xiàn)出更為優(yōu)異的催化性能和電化學(xué)性能。

盡管富勒烯已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一定程度的產(chǎn)業(yè)化，但是實(shí)現(xiàn)富勒烯及富勒烯衍生碳材料在上述領(lǐng)域的應(yīng)用仍是較為困難的，這主要是基于其制備手段的限制。

現(xiàn)有技術(shù)中公開了物理噴束沉積、蒸鍍法等富勒烯成膜工藝。該成膜工藝存在成膜設(shè)備昂貴、操作步驟復(fù)雜、成膜效率較低的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種富勒烯納米纖維薄膜、多孔碳纖維薄膜及其制備方法，由此解決現(xiàn)有技術(shù)存在成膜設(shè)備昂貴、操作步驟復(fù)雜、成膜效率較低的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種富勒烯納米纖維薄膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)將富勒烯充分溶解至富勒烯的良溶劑中得到混合溶液，將富勒烯的不良溶劑加入混合溶液，在富勒烯的良溶劑和不良溶劑的界面形成富勒烯納米纖維；

(2)將分離出的富勒烯納米纖維分散在富勒烯的不良溶劑中，得到分散液，對(duì)分散液依次進(jìn)行抽濾、干燥，得到富勒烯納米纖維薄膜。

進(jìn)一步地，所述抽濾的具體實(shí)現(xiàn)方式為：