制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的方法
阅读：56发布：2020-05-25
专利汇可以提供制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的特征在于公开了一种制造由 碳 纳米管 和金属基质粉末组成的纳米 复合材料 粉末的方法。该方法包括用以碾磨和混合 碳纳米管 和金属基质粉末的低速碾磨工艺，以及用以碾磨在低速碾磨工艺中均匀混合的碳纳米管和金属基质粉末，以将碳纳米管均匀地分散在金属基质粉末中的高速碾磨工艺。在某些优选的方面，该方法可防止碳纳米管的损坏，并且可将碳纳米管均匀地分散在金属基质中。，下面是制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的方法专利的具体信息内容。
1.一种制造由碳纳米管和金属基质粉末组成的纳米复合材料粉末的方法，包括以下步
骤：
用以碾磨和混合所述碳纳米管和所述金属基质粉末的低速碾磨工艺；以及
碾磨在所述低速碾磨工艺中均匀混合的所述碳纳米管和所述金属基质粉末，以将所述
碳纳米管均匀地分散在所述金属基质粉末中的高速碾磨工艺。
2.根据权利要求1所述的制造纳米复合材料粉末的方法，其中所述低速碾磨工艺在
1rpm至100rpm的碾磨速度下进行20小时。
3.根据权利要求1所述的制造纳米复合材料粉末的方法，其中所述高速碾磨工艺在
100rpm至5000rpm的碾磨速度下进行1小时。
4.根据权利要求1所述的制造纳米复合材料粉末的方法，其中在所述低速碾磨工艺和
所述高速碾磨工艺中，使用选自行星式球磨机、转筒球磨机、或磨碎机的碾磨机，并且使用行星式球磨机。
5.根据权利要求1所述的制造纳米复合材料粉末的方法，其中所述金属基质粉末包括
选自铝、锂、铍、镁、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、锑、钨、铂、金和铅的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制造纳米复合材料粉末的方法，其中所述碳纳米管包括直径
为5至40nm且长度为1μm至5μm的聚集体。
7.根据权利要求1所述的制造纳米复合材料粉末的方法，其中所述碳纳米管以0.1％
至50％的重量比分散在所述金属基质粉末中。
8.根据权利要求4所述的制造纳米复合材料粉末的方法，其中所述碳纳米管和所述铝
粉的重量与球磨机中使用的球的重量的重量比设置为1∶1至1∶50。
9.一种制造纳米复合材料粉末的方法，包括：
碾磨和混合碳纳米管和金属基质粉末的低速碾磨工艺；以及
高速碾磨工艺。
10.根据权利要求9所述的制造纳米复合材料粉末的方法，其中所述高速碾磨工艺包
括碾磨在所述低速碾磨工艺中均匀混合的所述碳纳米管和所述金属基质粉末，以将所述碳
纳米管均匀地分散在所述金属基质粉末中。
制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 依据35U.S.C.§119(a)，本申请基于并且要求于2009年9月24日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2009-90574号的优先权，该申请的公开内容全部引入本文以供参考。
技术领域
[0003] 本发明大体上涉及一种制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的方法，并且更具体地，涉及一种制造纳米复合材料粉末的方法，该方法可在高能碾磨工艺中防止碳纳米管的损坏并且可以均匀地将碳纳米管分散在金属基质中。
背景技术
[0004] 通常，碳纳米管是一种具有优异的机械、热、化学和量子性质的材料。碳纳米管通常与另一种材料诸如基质材料或基材一起使用，使得其可用于高性能和高功能材料领域。
[0005] 然而，碳纳米管难以均匀地分散或排列在基质材料中，并且其原因是由范德华力导致的强粘聚性。问题在于碳纳米管和金属基质之间的界面强度被这种粘聚性劣化。
[0006] 兴趣已经集中于由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料。目前，碳纳米管通过诸如粉末混合法、浸渍法、铸造法、球磨法、或高能碾磨法的方法来制造。
[0007] 在本领域中已经描述的制造方法中，碳纳米管和陶瓷或金属粉末经历球磨法，然后通过放电等离子体进行烧结，从而制造复合材料。由于碳纳米管的粘聚性以及碳纳米管与金属基质材料之间的相对尺寸，经历球磨法的由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末粘结在金属粉末的表面上。
[0008] 因此，在碳纳米管和金属粉末被烧结以制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末时，粉末的烧结性适当地劣化，使得由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的密度降低。碳纳米管粘结在金属的晶粒上，因此机械性能适当地劣化。
[0009] 因此，在韩国专利公布第10-0558966号中公开了分子水平混合法，该申请全部引入本文以供参考。
[0010] 如10-0558966公开中所述，分子水平混合法制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末，其中碳纳米管均匀地分散在金属基质中。
[0012] 因此，分子水平混合法进一步包括高能碾磨工艺以制造由诸如铝、钛或镁的金属基质和碳纳米管组成的复合材料粉末。
[0013] 因此，高能碾磨工艺具有如下优点：碳纳米管分散在金属粉末中、以及金属粉末的表面。
[0016] 此外，在高能碾磨工艺中，在通过烧结由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末而制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料时，碳纳米管的热稳定性劣化，并且碳纳米管与金属基质反应而形成碳化物。
[0017] 因此，在本领域中存在制造由碳纳米管和金属基质组成的纳米复合材料粉末的方法的需求。
[0018] 在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，并且因此其可能含有不形成在本国对本领域普通技术人员所公知的现有技术的信息。
发明内容
[0019] 在优选的方面，本发明的特征在于，一种制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的方法。优选地，本发明可适当地防止在高能碾磨工艺中碳纳米管的损坏，并且可均一地将碳纳米管分散在金属基质中。
[0020] 在本发明的优选实施方式中，提供了一种制造由碳纳米管和金属基质粉末组成的纳米复合材料粉末的方法，该方法优选包括以下步骤：用于碾磨和混合碳纳米管和金属基质粉末的低速碾磨工艺；以及用于碾磨在低速碾磨工艺中均匀混合的碳纳米管和金属基质粉末，以均匀地将碳纳米管分散在金属基质粉末中的高速碾磨工艺。
[0021] 在某些优选的实施方式中，低速碾磨工艺在1rpm至100rpm的碾磨速度下进行20小时。
[0022] 在其他优选的实施方式中，高速碾磨工艺在100rpm至5000rpm的碾磨速度下进行1小时。
[0025] 在一个示例性的实施方式中，碳纳米管包括直径为5至40nm、长度为1μm至5μm的聚集体。
[0026] 在另一个示例性的实施方式中，碳纳米管以0.1％至50％的重量比分散在金属基质粉末中。
[0027] 优选地，碳纳米管和铝粉的重量与球磨机中使用的球的重量的重量比设置为1∶1至1∶50。
[0028] 在另一个进一步优选的实施方式中，由于碳纳米管和金属基质粉末在低速下碾磨，然后在高速下碾磨以制造纳米复合材料粉末，因此可防止碳纳米管的损坏，并且可将碳纳米管均匀地分散在金属基质中。
[0029] 要理解的是本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种艇和船的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢燃料车和其他代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。
附图说明
[0032] 从下面的具体实施方式并结合附图，本发明的上述和其他目标、特征和优点将是显而易见的，其中：
[0033] 图1是示出由相关领域的方法制造的碳纳米管的损坏的图；
[0034] 图2是通过相关领域的方法制造的碳纳米管晶体的显微镜照片；
[0035] 图3是示出根据本发明实施方式的制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的方法的流程图；
[0036] 图4是示出根据本发明实施方式的低速碾磨工艺的视图；
[0037] 图5是示出根据本发明实施方式的低速碾磨工艺后由碳纳米管和金属基质粉末组成的混合物的显微镜照片；
[0038] 图6是示出根据本发明实施方式的高速碾磨工艺的视图；
[0039] 图7是示出根据本发明实施方式的高速碾磨工艺后由碳纳米管和金属基质粉末组成的混合物的显微镜照片；并且
[0040] 图8是示出由根据本发明实施方式的方法制造的碳纳米管的损坏的图。
具体实施方式
[0041] 在第一个方面，本发明的特征为一种制造纳米复合材料粉末的方法，该方法包括用以碾磨和混合碳纳米管和金属基质粉末的低速碾磨工艺、和高速碾磨工艺。
[0042] 在一个实施方式中，高速碾磨工艺包括碾磨在低速碾磨工艺中均匀混合的碳纳米管和金属基质粉末，从而均匀地将碳纳米管分散在金属基质粉末中。
[0043] 此后，将参照附图详细地说明本发明的优选实施方式。通过参考要参照附图详细说明的实施方式，本发明的各个方面和特征以及用于实现各个方面和特征的方法将是显而易见的。然而，本发明不限于此后公开的实施方式，而是能够以不同形式实施。说明书中定义的事项，诸如详细构造和元素，只不过是提供用于辅助本领域普通技术人员综合理解本发明的具体细节，并且本发明仅限定在所附的权利要求的范围内。在本发明的整个说明书中，相同的附图标记用于整套附图中的相同元素。
[0044] 根据本发明的优选实施方式的制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的方法将参照附图3至8详细地说明。
[0045] 优选地，根据本发明的制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的方法包括，例如，如图3中所示，在低速下碾磨和混合碳纳米管和金属基质粉末的低速碾磨工艺S10，以及在高速下碾磨在低速碾磨工艺S10中均匀混合的碳纳米管和金属基质粉末，以均匀地将碳纳米管分散在金属基质粉末中的高速碾磨工艺S20。
[0046] 根据本发明的优选实施方式的制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的方法在此处说明。
[0047] 根据本发明的优选实施方式，在低速碾磨工艺S10中，碳纳米管CNT和金属基质粉末适当地制备和混合，例如如图4中所示。
[0048] 优选地，金属基质粉末包括铝、锂、铍、镁、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、锑、钨、铂、金和铅中的至少一种。
[0049] 在进一步优选的实施方式中，同时，优选地使用铝，并且在此实施方式中作为实例进行描述。然而，本领域技术人员要理解的是，可适当地应用上述金属基质粉末的任意一种元素。
[0050] 在进一步优选的实施方式中，直径为5至40nm且长度为1μm至5μm的聚集体、优选直径为20nm且长度为1μm至2μm的聚集体，适当地制备作为碳纳米管CNT。优选地，纯度为99.9％且粒度为2至30μm的铝粉适当地制备作为本实施方式的金属基质粉末。
[0051] 优选地，碳纳米管CNT适当地以0.1％至50％的重量比分散在金属基质粉末中。
[0052] 在进一步优选的实施方式中，当适当地制备碳纳米管CNT和铝粉时，例如如图2中所示，碳纳米管CNT和铝粉适当地导入至碾磨机中，然后通过碾磨机在低速下碾磨，从而将它们均匀地混合(参见图2中右侧的照片)。
[0053] 优选地，碾磨机以1rpm至100rpm、优选50rpm的碾磨速率碾磨碳纳米管CNT和铝粉20小时以将它们均匀地混合。
[0054] 在进一步相关的实施方式中，在低速碾磨工艺S10和高速碾磨工艺S20中使用的碾磨机优选地包括行星式球磨机、转筒球磨机和磨碎机，并且优选行星式球磨机。
[0056] 在进一步优选的实施方式中，碾磨机通过使用碰撞法，诸如球对球、球对仓或球对磨碎机，来适当地混合碳纳米管CNT和铝粉。优选地，碾磨机中使用的球的重量与碳纳米管CNT和铝粉的重量的重量比适当地设置为1∶1至1∶50，并且考虑到球和仓之间的碰撞，碾磨机中的仓和球的体积比设置为1∶1至20∶1。
[0057] 根据进一步优选的实施方式，在低速碾磨工艺S10中，碳纳米管CNT和铝粉通过使用碾磨机在低速下适当地碾磨和混合，由此防止碳纳米管CNT被显著地损坏，并且均匀地混合碳纳米管CNT和铝粉。
[0058] 优选地，当低速碾磨工艺S10适当地结束时，通过使用扫描电子显微镜SEM核实碳纳米管CNT和铝粉是否被均匀地混合。
[0059] 根据进一步优选的实施方式以及图5中所示，图5是图示在低速碾磨工艺后由碳纳米管和铝粉组成的混合物的显微镜照片。
[0060] 因此，图5中左侧的照片显示碳纳米管CNT和铝粉的混合物形状，且图5中右侧的照片是图5左侧的照片中指示的圆圈的放大视图。
[0061] 参照图5，例如，将核实，根据本发明的某些优选的实施方式，碳纳米管没有粘结并且均匀地分散在铝粉的表面上。
[0062] 优选地，当低速碾磨工艺S10结束时，碳纳米管CNT和铝粉的混合物在高速碾磨工艺S20中在高速下碾磨。
[0063] 因此，在高速碾磨工艺S20中，如图6中所示，在低速碾磨工艺S10中均匀混合的碳纳米管CNT和铝粉的混合物，通过碾磨机在100rpm至5000rpm、优选200rpm的碾磨速率下碾磨1小时。
[0064] 因此，在本发明优选的示例性实施方式中，在高速碾磨工艺S20中，碳纳米管CNT和铝粉的混合物在高速下碾磨以将碳纳米管CNT均匀地分散在铝粉中(参见图6)。
[0065] 优选地，当高速碾磨工艺S20适当地结束时，通过使用扫描电子显微镜SEM核实碳纳米管CNT是否均匀地分散在铝粉中。
[0066] 根据优选的示例性实施方式，图7是图示在高速碾磨工艺S20后由碳纳米管和金属基质粉末组成的混合物的扫描电子显微镜照片。
[0067] 因此，图7中左侧的照片显示碳纳米管CNT和铝粉的混合物形状，且图7中右侧的照片是图7左侧的照片中指示的圆圈的放大视图。
[0068] 例如，参照图7，显示根据本发明的优选实施方式，碳纳米管不粘结，并且均匀地分散在铝粉的表面上。
[0069] 此外，将显示根据相关领域的高能碾磨工艺制造的碳纳米管的图2的照片与显示通过根据本发明的低速碾磨工艺S10和高速碾磨工艺S20制造的碳纳米管的图7的右侧照片比较，碳纳米管CNT均匀地分散在金属基质粉末的表面上。
[0070] 根据本发明进一步的优选实施方式和图8所示，图8是图示在低速碾磨工艺S10和高速碾磨工艺S20后碳纳米管的损坏的图。
[0071] 因此，为了核实在低速碾磨工艺S10和高速碾磨工艺S20后碳纳米管的损坏，通过使用拉曼光谱法测量结晶度。拉曼光谱法是指当作为碳的特性峰的D-峰和G-峰的比ID/IG小时，碳纳米管的结晶度高。
[0072] 因此，如图8中的测量值所示，其显示在低速碾磨工艺S10后的结晶度类似于该过程前的结晶度。因此，如结果所示，碳纳米管未被损坏。
[0073] 此外，该结果说明高速碾磨工艺S20后的结晶度低于低速碾磨工艺S10后的结晶度，但碳纳米管的损坏最小化。
[0074] 因此，将图2中显示的根据相关领域的高能碾磨工艺制造的碳纳米管CNT的测量值与通过低速和高速碾磨工艺S10和S20制造的碳纳米管CNT的测量值比较，根据本发明的碳纳米管CNT的损坏最小化。
[0075] 尽管出于说明的目的已经描述了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员应当理解，有可能做出各种改动、增加和替换而不背离如所附权利要求所公开的本发明的范围和精神。
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