[發(fā)明專利]一種結構可控的碳納米管織物的制備方法

有效

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• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108221373B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設計）人: 許福軍
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D06M13/144
• 分類號: D06M13/144;D06M11/50;D06M13/188;D03D15/00;D03D13/00;D04B1/14;D04B21/00;D06M101/40
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王文穎

本發(fā)明公開了一種結構可控的碳納米管織物的制備方法，其特征在于，首先將碳納米管紗線織造成經緯密結構的機織平紋織物；然后將碳納米管織物放入可將其溶解的混合溶液進行處理，混合溶液包括相容劑及膨松劑，當混合溶液滲入碳納米管織物內部后，膨松劑分解產生的氧氣氣泡，會產生微爆破作用，使得碳管紗線的結構逐漸疏松，直徑增大，使紗線之間的間隙得到調整；最后通過冷凍干燥法將碳納米管織物進行干燥，得到結構可控的碳納米管織物。本發(fā)明利用溶液中產生氣泡的微爆破作用，使碳納米管紗線結構的直徑逐漸變大，間隙結構得到調控，最后通過冷凍干燥使碳管織物在干燥后得到保持，獲得間隙可控的碳管織物，也可以得到超緊密碳納米管織物。

技術領域

本發(fā)明涉及一種結構可控的碳納米管織物的制備方法。

背景技術

碳納米管是一種具有特殊碳六元環(huán)結構的一維量子材料，徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，具有優(yōu)異的的力學、電學和熱學性能。

隨著納米技術的發(fā)展，應用化學氣相沉積法等手段，碳納米管可以直接制備成紗線。碳納米管紗線繼承了碳納米管的優(yōu)異性能，在智能紡織品領域和柔性電池等領域具有廣泛應用。紗線結構的碳納米管材料可以借助傳統(tǒng)織造方法實現(xiàn)碳納米管織物結構。碳納米管織物具有優(yōu)異的導電性、力學傳感特性和電磁屏蔽特性等，在智能結構、電磁屏幕、航空航天和軍事設備等領域具有重要應用。

目前，人們多采用超聲振蕩的方式對碳納米管粉末所制備的懸浮液進行分散調控。然而，超聲振蕩的劇烈作用會使具有自支撐結構的碳納米管紗線解體，也會使紗線中碳納米管受到損傷而性能下降，所以傳統(tǒng)的超聲振蕩的方法無法適用于對碳納米管紗線內部孔隙結構的調控。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的問題是現(xiàn)有制備方法無法調控碳納米管紗線內部孔隙結構的問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種結構可控的碳納米管織物的制備方法，其特征在于，首先將碳納米管紗線織造成經緯密結構的機織平紋織物；然后將碳納米管織物放入可將其溶解的混合溶液進行處理，混合溶液包括相容劑及膨松劑，當混合溶液滲入碳納米管織物內部后，膨松劑分解產生的氧氣氣泡，會產生微爆破作用，使得碳管紗線的結構逐漸疏松，直徑增大，使紗線之間的間隙得到調整；最后通過冷凍干燥法將碳納米管織物進行干燥，得到結構可控的碳納米管織物。碳納米管織物的間隙可以由混合溶液的種類、成分比重、濃度、作用時間和溫度等因素控制。

優(yōu)選地，所述碳納米管紗線為單壁碳納米管、多壁碳納米管或兩者的組合紗線；所述碳納米管紗線為導體、半導體或兩者組合性能的紗線；所述碳納米管織物的組織結構為機織物結構、針織物結構、編織結構和非織造結構中的任意一種或幾種的集合體結構。

優(yōu)選地，所述碳納米管紗線的制備方法為浮動催化化學氣相生長法或碳納米管陣列直接拉膜法。

優(yōu)選地，所述混合溶液中，相容劑為乙醇溶液、丙酮溶液或二氯甲烷溶液；膨松劑為過氧化氫溶液、稀硫酸與金屬鋅粉末的混合物或稀硝酸與亞硫酸鈉的混合物。相容劑有助于進入碳納米管集合體內部，膨松劑可產生微氣泡。因此二者的混合溶液可以進入碳納米管織物內部并產生微泡，實現(xiàn)織物的間隙調控，二者缺一不可。

更優(yōu)選地，所述過氧化氫溶液的重量濃度為10～70％；稀硫酸和金屬鋅粉末中的稀硫酸的重量濃度為10～15％，稀硫酸與金屬鋅粉末的重量比為20∶1；稀硝酸和亞硫酸鈉中的稀硫酸的重量濃度為8～12％，稀硫酸與金屬鋅粉末的重量比為20∶1。

更優(yōu)選地，所述混合溶液中，相容劑為乙醇溶液，膨松劑為過氧化氫溶液，兩者在混合溶液中的重量總濃度為40％。

優(yōu)選地，所述碳納米管織物在30℃下放入混合溶液，處理時間為12小時。

優(yōu)選地，所述冷凍干燥法具體為：將處理后的碳納米管織物放入冰醋酸或二甲基亞砜(DMSO)中冷凍，隨后放入冷凍干燥箱內干燥，使碳納米管織物的疏松結構得到保持。