得到灰色蓬松粉末状产品。
[0071] 对比例1、采用单一溶剂进行氮化铝前驱体包覆，标记为X-A1NOCNT-1
[0072] (1)取聚铝氧烷（灼烧法，铝含量21wt% )1.07克、烯丙基酚醛树脂0.21克、甲苯 100ml，置于装配有磁力搅拌器、温度计的250ml烧杯中。开动搅拌，至聚铝氧烷和烯丙基酚 醛树脂溶解完毕。
[0073] (2)向烧杯中加入采用化学气相沉积法制备的多壁碳纳米管I. 00克（外径 20-30nm)，并继续搅拌30分钟，溶液呈黑色；随后将烧杯转移至超声波装置中，超声震荡1 小时。缓慢将上述体系加热至l〇〇°C，并保持该温度，直至溶剂完全挥发，得到黑色蓬松粉 末。
[0074] (3)将上述黑色蓬松粉末转移至石英炉中，利用氮气/氦气混合气体置换炉内气 氛，随后升温至800°C进行前驱体裂解处理1小时，得到灰色蓬松粉末。炉体降温后，将上述 粉末转移至石墨炉中，利用氮气置换炉内气氛，随后升温至1700°C进行陶瓷化处理2小时， 炉体降温后，得到灰色蓬松粉末状产品。
[0075] 对比例2、采用不合适混合溶剂进行氮化铝前驱体包覆，标记为X-A1NOCNT-2
[0076] (1)将聚铝氧烷（灼烧法，铝含量21wt% )1.07克（溶解于50ml乙醇中），与烯丙 基酚醛树脂〇?21克（溶解于50ml丙酮中）混合，置于装配有磁力搅拌器、温度计的250ml 烧杯中。开动搅拌，至两溶液混合均匀。
[0077] (2)向烧杯中加入采用化学气相沉积法制备的多壁碳纳米管1. 00克（外径 20-30nm)，并继续搅拌30分钟，溶液呈黑色；随后将烧杯转移至超声波装置中，超声波震荡 1小时。缓慢将上述体系加热至50°C，并保持该温度，直至溶剂完全挥发，得到黑色蓬松粉 末。
[0078] (3)将上述黑色蓬松粉末转移至石英炉中，利用氮气/氦气混合气体置换炉内气 氛，随后升温至800°C进行前驱体裂解处理1小时，得到灰色蓬松粉末。炉体降温后，将上述 粉末转移至石墨炉中，利用氮气置换炉内气氛，随后升温至1700°C进行陶瓷化处理3小时， 炉体降温后，得到灰色蓬松粉末状产品。
[0079] 本发明采用TGA法表征氮化铝陶瓷包覆碳纳米管的热氧稳定性，A1NOCNT-1的TGA 曲线如图4所示。本发明TGA测试条件为：空气气氛，流速50ml/min，升温速率10°C/min。 上述各实施例及对比例的TGA实验数据汇总于表1中。从中可看出，各实施例的氮化铝陶 瓷包覆碳纳米管的热氧稳定性得到很大提升，而对比例中各样品经历l〇〇〇°C处理后碳纳米 管基本完全破坏。表明，本发明所采用氮化铝包覆方式能够赋予碳纳米管良好热氧稳定性。
[0080] 表1各实施例及对比例的TGA实验数据
[0081]
【主权项】
1. 一种氮化铝陶瓷包覆碳纳米管，其陶瓷包覆层厚度为0. 1~20nm，所述氮化铝为纤 维锌矿构型的氮化铝晶体。
2. 根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷包覆碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管为多 壁碳纳米管。优选地，所述多壁碳纳米管可以是采用化学气相沉积法制备的多壁碳纳米管、 采用电弧生长法制备的多壁碳纳米管或采用激光烧蚀法制备的多壁碳纳米管。 优选地，所述氮化铝陶瓷包覆碳纳米管为棒状结构，所述氮化铝陶瓷包覆层具有致密 结构且表面光滑，无明显缺陷。 优选地，所述陶瓷包覆层厚度可以为0. 5-10nm，例如0. 5nm、lnm、5nm或10nm。。 优选地，所述碳纳米管的外径为〇? 5-100nm，优选l_50nm，例如1-1. 5nm、20_30nm或 50nm〇
3. -种氮化铝陶瓷包覆碳纳米管的制备方法，其包括如下步骤： (1) 配制氮化铝前驱体溶液 将铝源溶于极性溶剂中配成溶液A，有机碳源溶于非极性溶剂中配成溶液B，溶液A和 溶液B均匀混合，得到所述氮化铝前驱体溶液； (2) 制备氧化铝前驱体包覆碳纳米管； (3) 得到所述氮化铝陶瓷包覆碳纳米管 将步骤（2)所得的氮化铝前驱体包覆碳纳米管进行裂解及陶瓷化处理得到所述氮化 铝陶瓷包覆碳纳米管； 上述步骤（1)中，所述极性溶剂的沸点低于非极性溶剂的沸点。
4. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铝源可以是聚铝氧烷（PAO)。
5. 根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤： (1) 配制氮化铝前驱体溶液 将聚铝氧烷（PAO)溶于极性溶剂配成溶液A，有机碳源溶于非极性溶剂配成溶液B ;所 述极性溶剂的沸点低于非极性溶剂的沸点；将溶液A和B混合均匀，得到所述氮化铝前驱体 溶液； (2) 制备氧化铝前驱体包覆碳纳米管 在所述氮化铝前驱体溶液中加入一定量碳纳米管，超声分散均匀，在一定温度、常压下 缓慢蒸发溶剂，得到所述氮化铝前驱体包覆碳纳米管； (3) 得到所述氮化铝陶瓷包覆碳纳米管 将步骤（2)所得的氮化铝前驱体包覆碳纳米管进行裂解及陶瓷化处理得氮化铝包覆 碳纳米管。
6. 根据权利要求3至5任一项所述的方法，其特征在于，步骤（1)所述的极性溶剂为甲 醇、乙醇、异丙醇中的一种，非极性溶剂为甲苯、二甲苯中的一种。
7. 根据权利要求3至5任一项所述的方法，其特征在于，步骤（1)所述的溶液A的质量 浓度为0-5 %，但不为0 ;溶液B的质量浓度为0-5 %，但不为0。 优选地，步骤（1)所述的有机碳源组分为烯丙基酚醛树脂、炔丙基酚醛树脂、可溶性沥 青中的一种或几种的混合物；所述的PAO铝源与有机碳源的质量比为4. 5~10:1 ;所述铝 源和有机碳源的质量和相比碳纳米管的质量为50-1500%。 优选地，所述步骤（2)中的溶剂挥发在常压下进行，所用温度比所述极性溶剂的沸点 低5~KTC0 优选地，所述步骤（3)中的裂解温度为500~1000°C，裂解时间为1~10小时，裂解气 氛为氮气、氩气、氦气中的任意一种或几种的混合，升温速度为l_l〇〇°C /min，优选I-KTC / min〇 优选地，所述步骤（3)中的陶瓷化温度为1400~2000°C，陶瓷化时间为1~10小时， 陶瓷化气氛为氮气，升温速度为I-KKTC /min，优选I-KTC /min。
8. 根据权利要求3至7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳 米管。优选地，所述多壁碳纳米管可以是采用化学气相沉积法制备的多壁碳纳米管、采用电 弧生长法制备的多壁碳纳米管或采用激光烧蚀法制备的多壁碳纳米管。
9. 根据权利要求3至8的方法制备得到的氮化铝陶瓷包覆碳纳米管，其陶瓷包覆层厚 度为0. 1~20nm，所述氮化铝为纤维锌矿构型的氮化铝晶体。 优选地，所述陶瓷包覆层厚度为0. 5-10nm，例如0. 5nm、lnm、5nm或10nm。 优选地，所述碳纳米管的外径为〇? 5-100nm，优选l_50nm，例如1-1. 5nm、20_30nm或 50nm〇 优选地，所述的氮化铝陶瓷包覆碳纳米管为棒状结构，所述氮化铝陶瓷包覆层具有致 密结构且表面光滑，无明显缺陷。
10. 权利要求1或2所述的、或权利要求3至9任一项所述的方法制备的氮化铝陶瓷包 覆碳纳米管在纳米器件中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种耐高温、热氧稳定性优良的氮化铝包覆碳纳米管及其制备方法。该氮化铝包覆碳纳米管制备方法如下：将分别溶解有聚铝氧烷的极性溶剂和有机碳源的非极性溶剂混合后，加入碳纳米管并超声波处理；一定温度下缓慢挥发溶剂，实现聚铝氧烷和有机碳源在碳纳米管表面的有序沉积，随后进行前驱体裂解及陶瓷化处理，得到氮化铝包覆碳纳米管。该氮化铝包覆碳纳米管在空气气氛下，750℃氧化失重少于10％，1000℃碳纳米管保留率高达90％；此工艺操作方便，成本较低，适合在纳米器件等领域应用。
【IPC分类】C04B35-581, C01B31-02
【公开号】CN104876206
【申请号】CN201510162216
【发明人】赵彤, 韩悦, 叶丽
【申请人】中国科学院化学研究所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月8日