[發明專利]一種有效提高單壁碳納米管纖維力學性能的制備方法

有效

• 申請號: 201711360403.7
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108070932B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 上媛媛;蔣巧雅;葛亞麗;王穎;孫玉平
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: D02G3/02
• 分類號: D02G3/02;D02G3/44;D01F9/12;D01F1/09
• 代理公司: 昆明合眾智信知識產權事務所 53113
• 代理人: 張璽

本發明提出一種有效地提高單壁碳納米管纖維力學性能的制備方法，解決了現有技術中單壁碳納米管纖維的機械性能差、韌性差的問題。本發明是按照以下方式進行的：01、采用化學氣相沉積法制備單壁碳納米管薄膜；02、將單壁碳納米管薄膜浸入聚乙烯醇或者聚乙烯醇、稀硝酸的水溶液得到單壁碳納米管復合纖維；03、將單壁碳納米管復合纖維搭在框架上，重復此操作，疊搭后得到多根組合的單壁碳納米管復合纖維；04、將上述多根單壁碳納米管復合纖維加上負重后，使用旋轉紡織的方法，利用馬達將其紡織成為一根緊實的復合纖維。本發明提高了碳納米管纖維的力學性能，擴大了碳納米管在柔性可拉伸超級電容器、可穿戴電子器件、人造肌肉等領域的應用。

技術領域

本發明涉及一種提高單壁碳納米管力學性能的制備方法，特別是一種有效提高單壁碳納米管纖維力學性能的制備方法，屬于納米材料的加工技術和應用領域。

背景技術

碳納米管是一種典型的一維管狀納米材料，具有非常突出的機械性能以及良好的導電性、導熱性、柔性和韌性。另外，碳納米管具有質量輕、強度高的特點，使碳納米管在柔性可拉伸超級電容器、導線、多功能復合材料纖維、應力應變傳感器、電極、致動器以及人造肌肉等領域有著廣闊的應用前景。目前，制備碳納米管纖維的方法有很多，比如濕法紡絲，干法紡絲等。然而，影響碳納米管纖維力學性能的因素有很多，包括碳納米管的直徑、長度、碳納米管內部的有序程度及滑移力等。所以多根碳納米管組合之后，缺陷大大增加，根據理論計算，單根碳納米管的強度可達50 GPa，而多根碳納米管組合之后，強度為80 MPa，與單根碳納米管相比，其強度大大降低，這極大地限制了碳納米管的應用。因此，如何提高碳納米管纖維強度，依然存在巨大的挑戰。

發明內容

本發明提出一種有效地提高單壁碳納米管纖維力學性能的制備方法，解決了現有技術中單壁碳納米管纖維的機械性能差、韌性差的問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種有效提高單壁碳納米管纖維力學性能的制備方法，是按照以下方式進行的：

01、采用化學氣相沉積法制備單壁碳納米管薄膜；

02、將上述單壁碳納米管薄膜浸入聚乙烯醇或者聚乙烯醇、稀硝酸的水溶液得到單壁碳納米管復合纖維；

03、將通過溶液后的單壁碳納米管復合纖維搭在框架上，重復此操作，疊搭后得到多根組合的單壁碳納米管復合纖維；

04、將上述多根單壁碳納米管復合纖維加上負重后，使用旋轉紡織的方法，利用馬達將其紡織成為一根緊實的復合纖維。

在步驟02中，溶液為1：100的聚乙烯醇溶液，或者所述溶液1：100的聚乙烯醇和10~20%的硝酸的混合溶液。

在步驟03中，疊搭單壁碳納米管復合纖維的過程中，用噴霧對復合纖維進行潤濕，濕度為80%-90%。

在步驟04中，單壁碳納米管復合纖維上的負重為20-100 g。

本發明的制備方法進一步提高了碳納米管纖維的力學性能，擴大了碳納米管在柔性可拉伸超級電容器、可穿戴電子器件、人造肌肉等領域的應用。

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本發明制備過程示意圖。

圖2本發明制備的單壁碳納米管纖維的掃描電子顯微鏡照片。

其中：1. 管式爐，2. 單壁碳納米管薄膜，3. 溶液，4. 單壁碳納米管復合纖維，5.多根組合碳納米管復合纖維 ，6. 框架，7. 噴霧，8. 直絲復合纖維，9. 馬達，10. 固定軸，11. 毛細管。