[發(fā)明專(zhuān)利]鋁和碳納米管復(fù)合纖維材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310645188.0
• 申請(qǐng)日: 2013-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103774413A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李亞利;何思斯;勞潯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): D06M11/83
• 分類(lèi)號(hào): D06M11/83;C25D3/44;C25D7/06;D06M101/40
• 代理公司: 天津市杰盈專(zhuān)利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋁和碳納米管復(fù)合纖維材料及其制備方法，是采用電化學(xué)法將鋁沉積于碳納米管纖維形成的鋁和碳納米管復(fù)合纖維，屬于納米材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋁具有輕質(zhì)高導(dǎo)電高導(dǎo)熱高延展性等優(yōu)異的物理性能，是典型的輕質(zhì)工業(yè)金屬，廣泛應(yīng)用于電纜工業(yè)、制造工業(yè)和航空航天等領(lǐng)域。

碳納米管纖維是由納米級(jí)的碳納米管構(gòu)成的宏觀纖維材料。碳納米管纖維集碳納米管的高強(qiáng)高導(dǎo)電高導(dǎo)熱和多功能性于一體，柔性可編織，可用于發(fā)展高性能復(fù)合材料，高強(qiáng)導(dǎo)電導(dǎo)熱材料和柔性電子、光電材料和器件，編織儲(chǔ)能材料。

本發(fā)明技術(shù)提供了一種鋁和碳納米管復(fù)合纖維材料及其制備方法，所制備的鋁和碳納米管復(fù)合纖維具有高強(qiáng)、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱等優(yōu)異性能，可作為導(dǎo)電材料、導(dǎo)熱材料、結(jié)構(gòu)材料等用于電纜傳輸、電子、能源和航天航空等領(lǐng)域。

采用電化學(xué)法制備鋁和碳納米管復(fù)合纖維的制備條件較熱浸鍍、熱噴涂、滾壓、物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積等方法寬松，可室溫下進(jìn)行，獲得的復(fù)合材料中的鋁純度高、孔隙率低等優(yōu)點(diǎn)。目前報(bào)道的鋁的電解液包括有機(jī)溶液和熔鹽體系，其中有機(jī)溶液體系具有電鍍溫度較低，不會(huì)產(chǎn)生氫氣及腐蝕性副產(chǎn)物等特點(diǎn)。

本發(fā)明制備的鋁和碳納米管的復(fù)合纖維為鋁和碳納米管構(gòu)成的納米復(fù)合纖維，具有碳納米管分布于鋁基體中的結(jié)構(gòu)。該復(fù)合纖維是以碳納米管纖維為基體采用電化學(xué)法將鋁沉積于碳納米管纖維制得的。該復(fù)合纖維中的碳納米管有取向性地分布于金屬中，且與金屬存在鍵連形成強(qiáng)界面結(jié)合，可作為導(dǎo)電材料、導(dǎo)熱材料、柔性電子光電材料和器件，編織儲(chǔ)能材料等，應(yīng)用于航天航空、電子、能源和智能紡織領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋁和碳納米管復(fù)合纖維材料及其制備方法。本發(fā)明制備的鋁與碳納米管的復(fù)合纖維是以碳納米管纖維為基體采用電化學(xué)法將鋁沉積于碳納米管纖維制得的，是具有碳納米管分布于鋁基體中結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維。復(fù)合纖維中的碳納米管與鋁之間存在鍵連，具有強(qiáng)的界面結(jié)合力，可作為導(dǎo)電材料、導(dǎo)熱材料、柔性電子、光電材料和器件，編織儲(chǔ)能材料等，應(yīng)用于航天航空、電子、能源和智能紡織領(lǐng)域。

本發(fā)明提供的一種鋁和碳納米管的復(fù)合纖維材料為碳納米管分布于鋁基體中的復(fù)合纖維。該復(fù)合纖維的直徑范圍為10微米到500微米。鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10～99?%。

所述的鋁和碳納米管復(fù)合纖維中碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管或它們的混合物。

本發(fā)明提供的一種制備鋁和碳納米管復(fù)合纖維材料的方法包括的步驟：

1）利用公開(kāi)號(hào)為CN?101665997A報(bào)道的方法制備碳納米管纖維；

2）將步驟1）的碳納米管纖維浸于鋁的電解液中，溫度為10～60?^oC，施加電流或電壓于碳納米管纖維1分鐘～10小時(shí)。

所述的碳納米管纖維可經(jīng)功能化處理，包括硝酸、硫酸、鹽酸等酸處理。所述功能化處理是使碳納米管產(chǎn)生含氧基團(tuán)，含氧官能團(tuán)主要包括羥基(-OH)、羧基(COO)和羰基(C=O)等。

所述的鋁的電解液是以氫化鋁鋰與鋁鹽為主分，以四氫呋喃與甲苯的混合物為溶劑的溶液。鋁元素的濃度為0.1～2?摩爾每升。

所述的施加的電流范圍為0.1～2?A，施加的電壓范圍為0.1～10?V。

所述的鋁鹽為氯化鋁。

本發(fā)明制備鋁和碳納米管均勻復(fù)合的纖維材料可發(fā)展柔性可編織高強(qiáng)高導(dǎo)電高導(dǎo)熱等功能的復(fù)合材料和柔性電子、光電材料和器件，編織儲(chǔ)能材料。

本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在：

本發(fā)明制備的鋁和碳納米管復(fù)合纖維為具有碳納米管分布于鋁基體中結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維。復(fù)合纖維中的碳納米管與鋁之間存在鍵連，具有強(qiáng)的界面結(jié)合力，可使碳納米管優(yōu)越的力學(xué)等其他性能和鋁等特性相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高性能和多功能性。用本發(fā)明制備的碳納米管和鋁復(fù)合纖維具有高強(qiáng)高導(dǎo)電高導(dǎo)熱等優(yōu)異性能。

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附圖說(shuō)明???

圖1為本發(fā)明實(shí)例1制得的鋁和碳納米管復(fù)合纖維的實(shí)物圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)例1制得的鋁和碳納米管復(fù)合纖維拉伸斷口的低倍掃描電鏡圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)例1制得的鋁和碳納米管復(fù)合纖維拉伸斷口的高倍掃描電鏡圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)例1制得的鋁和碳納米管復(fù)合纖維C1s的XPS圖譜。

圖5為本發(fā)明實(shí)例2制得的鋁和碳納米管復(fù)合纖維C1s的XPS圖譜。

圖6為本發(fā)明實(shí)例2制得的鋁和碳納米管復(fù)合纖維拉伸斷口的低倍掃描電鏡圖。

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