[發(fā)明專利]一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的碳納米管織物及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610288809.8
• 申請(qǐng)日: 2016-05-04
• 公開（公告）號(hào): CN105780242A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翁巍;朱美芳;楊俊杰;成艷華;梁云霞;許明潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): D03D1/00
• 分類號(hào): D03D1/00;D03D15/00;D04B1/14;D01D5/42;C23C16/26;C23C16/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王婧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的碳納米管織物 及其制備方法。

背景技術(shù)

柔性電子器件，例如柔性能源器件、柔性傳感器件、柔性顯示器、柔性照相 機(jī)等，在國防軍工、醫(yī)療環(huán)保、文化體育等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，受到學(xué)術(shù) 界和產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注。正如集成電子器件構(gòu)建于硅基板，柔性電子器件需要構(gòu) 建于柔性基板。目前常見的做法是采用薄金屬或者柔性塑料基板，但是這些基板 柔性差、不能承受扭轉(zhuǎn)變形，導(dǎo)致所制作的柔性電子器件使用受限，例如難以穿 戴在人身上。并且這些基板比表面積低，限制了柔性電子器件的性能。例如對(duì)于 能量存儲(chǔ)器件，高比表面積能夠?qū)崿F(xiàn)更多的存儲(chǔ)能量；對(duì)于傳感器件，高比表面 積能夠?qū)崿F(xiàn)更大的響應(yīng)強(qiáng)度。另外這些基板沒有孔隙、不透氣，同樣導(dǎo)致柔性電 子器件使用受限。例如如果與人體皮膚相貼，由于不透氣就不能長時(shí)間使用。為 此，織物狀柔性基板成為了一類適用于柔性電子器件的高性能基板。

近期有較多報(bào)道采用天然纖維(例如棉、毛等)或者化學(xué)纖維(例如錦綸、 滌綸等)來構(gòu)建織物，并且應(yīng)用于柔性電子器件。例如文獻(xiàn)(KristyJost，CarlosR. Perez，JohnK.McDonough，VolkerPresser，MinHeon，GenevieveDion，YuryGogotsi， EnergyEnviron.Sci.，2011，4，5060)采用棉織物和滌綸織物來實(shí)現(xiàn)柔性超級(jí)電容 器。文獻(xiàn)(JoseFranciscoSaenz-Cogollo，MassimilianoPau，Beatrice Fraboni，AnnalisaBonfiglio，Sensors，2016，16，365)采用棉織物來制備柔性傳感器 件。但是這些織物不導(dǎo)電，需要包覆導(dǎo)電層。然而包覆導(dǎo)電層后會(huì)導(dǎo)致柔性下降、 比表面積下降和導(dǎo)電層不穩(wěn)定等問題。為此采用導(dǎo)電的金屬絲和碳纖維來構(gòu)建織 物。例如文獻(xiàn)(YanHuang，JiayouTao，WenjunMeng，MinshenZhu，YangHuang， YuqiaoFu，YihuaGao，ChunyiZhi，NanoEnergy，2015，11，518)采用不銹鋼絲織物 來制備柔性超級(jí)電容器。文獻(xiàn)(YangLiu，YangJiao，BosiYin，SiwenZhang，F(xiàn)engyu Qu，XiangWu，J.Mater.Chem.A，2015，3，3676)采用碳纖維織物來構(gòu)建柔性超級(jí) 電容器。但是這些金屬絲和碳纖維織物的柔性差于天然纖維或者化學(xué)纖維織物， 并且比表面積也小于天然纖維或者化學(xué)纖維織物。

因此縱觀現(xiàn)有的專利及文獻(xiàn)報(bào)道，沒有一種基板同時(shí)具有高強(qiáng)度、高柔性、 高導(dǎo)電性、高比表面積和良好的透通性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有柔性電子器件用柔性基板的不足，提供一種具有 多尺度孔結(jié)構(gòu)的碳納米管織物。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的碳納米管織 物，其特征在于，由碳納米管紗線組成，所述的碳納米管紗線由碳納米管纖維組 成，所述的碳納米管纖維由碳納米管組成。

優(yōu)選地，所述的碳納米管織物的厚度為0.05～1mm，單位面積重量為20～ 500g/m²，覆蓋系數(shù)為60％～100％，孔隙率為5％～70％。

優(yōu)選地，所述的碳納米管纖維中的碳納米管之間形成孔徑為5～20nm的孔， 所述的碳納米管紗線中的碳納米管纖維之間形成孔徑為50～500nm的孔，所述 的碳納米管紗線之間形成5～50μm的孔。

優(yōu)選地，所述的碳納米管紗線的直徑為20～300μm，捻回角為0～50°。

優(yōu)選地，所述的碳納米管纖維的直徑為3～50μm，捻回角為5～50°。

優(yōu)選地，所述的碳納米管的直徑為8～20nm，長度為50～500μm。

本發(fā)明還提供了上述的具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的碳納米管織物的制備方法，其特 征在于，包括通過化學(xué)氣相沉積法生長碳納米管，將碳納米管紡絲得到碳納米管 纖維，將碳納米管纖維紡紗得到碳納米管紗線，將碳納米管紗線進(jìn)行織造，得到 具有多尺度孔結(jié)構(gòu)的碳納米管織物。

優(yōu)選地，所述的化學(xué)氣相沉積法的具體步驟包括：