[發明專利]基于碳納米管和膠體顆粒的復合纖維和不對稱纖維

有效

• 申請號: 200580044850.0
• 申請日: 2005-10-26
• 公開（公告）號: CN101087906A
• 公開（公告）日: 2007-12-12
• 發明（設計）人: 菲利普·普蘭;蒂博·沃然
• 申請（專利權）人: 國立科學研究中心
• 主分類號: D01F11/12
• 分類號: D01F11/12
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 章社杲;李丙林

技術領域

本發明涉及一種制備復合纖維的方法，該復合纖維包括兩個不同的具有不同成分和物理化學性能以及受控的均勻厚度的層，所述兩個層之一由碳納米管組成，所述復合纖維由碳納米管纖維和給定濃度的用于構成第二層的膠體顆粒的第一溶液獲得。

本發明還涉及由所述方法獲得的纖維以及它們的應用。

UIPAC標準以一般術語將膠體顆粒定義為尺寸包括在1納米和幾微米之間的顆粒。本發明使用術語“膠體顆粒”時，就指的是這種定義。

用作織物或復合填充劑的天然或合成纖維通常用添加劑涂覆。該涂層的目的是用來改善纖維的表面性質或者賦予其特定的功能。在某些情況下，可以使用術語粘合劑。例如，應用于從噴絲頭噴出的細絲的所謂的“織物”粘合包括沉積粘合劑，該粘合劑能確保細絲彼此之間的粘合，減少磨損，促進后續的操作(編織)，并且能防止靜電荷的形成。存在其中纖維必須用特定化合物覆蓋的其它情況。例如，可以僅通過用染色劑涂覆纖維而對其進行染色。通過用導電聚合物對其進行涂覆可以使最初的絕緣紡織纖維導電。可以通過用含有香料的囊(capsule)涂覆衣服的纖維而使其外表發出香味。

傳統的纖維涂覆可獲得其表面的均勻、對稱的涂層。

然而，在某些情況下，優選以不同的方式將添加劑加入到纖維中，例如，以不對稱方式加入到在纖維的表面上。提出了這些不同的條件以改善纖維的性能，使這些纖維具有新的功能。

在本發明的具體上下文中，用作基體材料的纖維是碳納米管纖維。

碳納米管的結構、電學和力學性能使得它們對于許多應用來說是很有前途的材料：復合物、機電致動器、電纜、電阻線、化學檢測器、儲氫器、電子發射顯示器、能量轉換器、電子組件、電極、電池、催化介質等。

通過FR?2805179和WO?01632028中所描述的紡絲方法可以將碳納米管制成帶狀物或者纖維。這種方法包括使納米管均勻地分散在液體環境中。

一旦被分散，通過將分散體注入到另一種使納米管凝聚的液體中，就能使這些納米管再集結成帶或前纖維(pré-fibre)形狀。

帶、前纖維或最終纖維(final?fibre)可以通過濕法拉伸來處理，以便改善納米管的方向。這些再成形方法在專利FR?0110611中描述為在對于凝結聚合物來說具有更高或更低的親合力的溶劑中動態或靜態地拉伸纖維，以改善該纖維的結構和物理性能。

這些纖維的性能，與任何其它纖維一樣，關鍵取決于它們的組分的特性和排列方式。

碳納米管能制成一種能夠在機械和電水平響應于電刺激、機械刺激、化學刺激或生物刺激的“智能”材料。納米管纖維可以制成一種特別適合于突出這些功能的結構。事實上，納米管纖維構成了含有高比例取向的納米管的宏觀物體。因此，可以制成具有比其它納米管組件，例如納米管紙張，性能更優越的致動器。也可以制成比傳統的用傳統碳纖維制成的微電極更敏感的微電極。

基于“智能材料”的傳感器或致動器經常用于器件中來放大它們的形變。最普通的實例是用壓電材料制成的雙金屬片。這些雙金屬片由活性壓電層和被動惰性層(couche?passive?inerte)組成。當壓電片拉伸或收縮時，雙金屬片急劇地彎曲。微觀上一個非常輕微的形變就可以被極大地放大并且宏觀可見。同樣地，存在用非常薄的金屬板制成的傳感器。當在金屬片的表面之一上吸附特殊的化學成分時，其會急劇地彎曲。這種效果是由調整對薄板的兩表面上的不同表面約束造成的。與在壓電雙金屬片的實例中一樣，力學效果由于系統的不對稱性被極大地放大。這種彎曲的顯著放大來自輕微的拉伸或者收縮形變。

這些用作傳感器或致動器的雙金屬片可以用納米管薄膜來制造。然而，受益于纖維中納米管的取向和密度，纖維的機電和電化學性能要優于薄膜的機電和電化學性能，所以這些纖維的使用能改善整體的本征特性(固有特性)。另外，這使得可以制造非常小的器件，而這些器件可以潛在地用作微傳感器或微致動器。

這些雙金屬片的制備與納米管纖維的不對稱結構相關。

為了以不對稱方式來覆蓋碳納米管纖維，已經嘗試了一些方法。