[發明專利]高強度、高韌性、高導電單壁碳納米管纖維的制備方法

有效

• 申請號: 201610504268.8
• 申請日: 2016-06-24
• 公開（公告）號: CN107541809B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 上媛媛;曹安源
• 申請（專利權）人: 鄭州大學;北京大學
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12;C01B32/159;C01B32/16;B82Y40/00
• 代理公司: 鄭州慧廣知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 41160
• 代理人: 董曉慧

本發明提出一種高強度、高韌性、高導電單壁碳納米管纖維，解決了現有技術中單壁碳納米管纖維的力學性能、導電性和韌性差的問題。本發明是按照下述方式進行的：S01、采用CVD制備單壁碳納米管薄膜；S02、將上述單壁碳納米管薄膜加上負重后，通過旋轉紡織成單壁碳納米管纖維；S03、利用軋輥機將上述單壁碳納米管纖維壓扁形成致密化的纖維。本發明采用化學氣相沉積法制備出單壁碳納米管薄膜，得到的單壁碳納米管薄膜具有較高的力學強度和很好的導電性、導熱性。再利用旋轉紡織的方法，將單壁碳納米管薄膜紡織成纖維，并利用機械碾壓法，極大提高單壁碳納米管纖維的致密度，增加單壁碳納米管間的相互接觸，提高了碳納米管纖維的力學性能。

技術領域

本發明屬于納米材料的加工和應用技術領域，具體涉及一種單壁碳納米管纖維的制備方法。

背景技術

碳納米管作為一種具有優良的電學，力學，熱學性能的材料，而倍受科學家的關注，被廣泛應用于超級電容器，傳感器，導線，半導體元器件等方面。具有輕質、柔性、高強度、導電、導熱、可編織等特點，在多功能纖維、功能復合材料、傳感、能源材料及柔性可穿戴器件等領域具有廣闊的應用前景。然而迄今為止，研究人員得到的碳納米管纖維的最高強度為8.8GPa，模量為357GPa，這些值和單根的碳納米管相比，低了幾個數量級。如何實現納米尺度優異性能在宏觀尺度上的拓展，成為碳納米管以及碳納米管纖維應用的關鍵問題。

通過大量的研究工作發現影響碳納米管纖維機械性能的因素有很多，納米尺度上包括碳納米管的直徑、厚度以及管的長度等，微觀尺度上包括碳納米管的有序程度、管間的滑移以及力在管間的傳輸等，宏觀尺度上包括纖維直徑、長度和扭轉角度等。現在所制備的高強度、高韌性、高導電單壁碳納米管纖維通常的導電性和韌性未能達到實際生產需求，力學性能有待提高。

發明內容

本發明提出一種高強度、高韌性、高導電單壁碳納米管纖維，解決了現有技術中單壁碳納米管纖維的力學性能、導電性和韌性差的問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種高強度、高韌性、高導電單壁碳納米管纖維的制備方法，是按照下述方式進行的：

S01、采用化學氣相沉積法制備單壁碳納米管薄膜；

S02、將上述制備的單壁碳納米管薄膜加上負重后，通過旋轉紡織成單壁碳納米管纖維；

S03、利用軋輥機將上述單壁碳納米管纖維壓扁形成致密化的纖維。

所述化學氣相沉積法是按照下述方式進行的：采用恒定溫區的箱式爐，利用氫氬混合氣作為催化氣體，利用二甲苯作為碳源，利用二茂鐵和單質硫做為催化劑，設置反應溫度為1150-1250℃，將二甲苯、二茂鐵、硫和水的混合液注入箱式爐，沿著載氣流動的方向，生長得到單壁碳納米管薄膜。

單壁碳納米管薄膜上所加載的負重為50～200g。

S03中單壁碳納米管纖維上的碾壓力為70～120MPa。

本發明采用化學氣相沉積法制備出單壁碳納米管薄膜，得到的單壁碳納米管薄膜具有較高的力學強度和很好的導電性、導熱性。再利用旋轉紡織的方法，將單壁碳納米管薄膜紡織成纖維，并利用機械碾壓法，極大提高單壁碳納米管纖維的致密度，增加單壁碳納米管間的相互接觸，提高了碳納米管纖維的力學性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1本發明制備方法示意圖。

圖2本發明得到的高強纖維的掃描電鏡圖片。

圖3是實施例9～14所制備樣品的性能比對。