[發明專利]碳納米纖維和制造方法

有效

• 申請號: 201980051637.4
• 申請日: 2019-10-20
• 公開（公告）號: CN113015617B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 森夏恩·霍姆伯格;斯托揚·阿塔納索夫·拉德科夫
• 申請（專利權）人: Cence公司
• 主分類號: B32B3/28
• 分類號: B32B3/28;C01B32/158;C01B32/20;D01D5/00;D01F6/40;D01F9/14
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 楊貝貝;臧建明

公開了一種產生碳納米纖維的方法，其實質上影響所述碳納米纖維的化學和物理性質。此類碳納米纖維包含通過范圍從0.1nm至1nm并定向平行于相應碳納米纖維的軸線的波狀石墨平面所表征的半石墨碳材料，所述半石墨碳材料還通過包含4至10原子百分比的氮雜原子來表征，所述氮雜原子包括等于或大于所述氮雜原子的60％的季氮基和吡啶型氮基的組合百分比。所述制造方法包括，例如，制備基于聚丙烯腈(PAN)的前體溶液，將所述基于PAN的前體溶液提供給噴絲頭，然后對所述基于PAN的前體溶液執行電紡絲操作以創建一種或多種基于PAN的納米纖維。

技術領域

本公開涉及具有新穎和有利性質的碳納米纖維。本公開還涉及制造此類碳納米纖維的方法。

背景技術

碳是具有高水平的化學鍵合柔性的幾種元素之一。這種柔性適宜于形成包括金剛石、石墨和富勒烯的各種各樣的同素異形體，雖然全部都基本上由元素碳組成，但是其性質大大變化。一個特別相關的感興趣領域是碳納米纖維(CNF)和碳納米管(CNT)的形成。雖然CNF和CNT均為納米級并以類似的方式產生，但是存在影響其可制造性以及化學和物理性質的顯著差異。然而，尚未完全地探索不同的CNT和CNF材料的完整范圍。

附圖說明

當結合附圖進行時，本公開的特征和性質將從在下面闡述的詳細描述中變得更顯而易見，在附圖中附圖標記標識對應的項目。

圖1是概述用于制造新穎碳納米纖維(CNF)的示例性操作的流程圖。

圖2描繪了可用于產生關于圖1討論的新穎CNF的電紡絲裝置的實例。

圖3描繪了圖2的電紡絲裝置的變體，其也可用于產生關于圖1討論的新穎CNF。

圖4A-4K描繪了用于圖3中所示的電極的各種電極配置。

圖5提供了通過本公開的方法和系統產生的新穎CNF的視覺表示。

圖6提供了通過本公開的方法和系統產生的新穎CNF對照其他基于碳的材料的視覺對比。

圖7提供了從宏觀尺度到原子尺度的通過本公開的方法和系統產生的新穎CNF的視覺表示的系列。

具體實施方式

可以一般地以及在具體實施例和/或具體實施方式方面描述在下面公開的方法和系統。對于參考詳細實施例和/或實施方式的實例，應該領會，除非另外具體地陳述，否則如本領域的普通技術人員將理解的那樣，所描述的任何基本原理不限于單個實施方式，而是可以被擴展以用于與本文所描述的其他方法和系統中的任一個一起使用。

以下特殊定義適用于本公開。

術語“可感知的”是指某物的根據定義基線或優于現有技術的材料導致可檢測的差異的某種質量，例如特定量或百分比。這種質量應該是直接通過觀察(例如，通過掃描電子顯微鏡(SEM)或透射電子顯微鏡(TEM))或間接通過物理上和/或化學上可檢測的性質(例如，電子遷移率、電導率等)可檢測的。

術語“約”是指在用于CNF的工業制造裝備中預期的變化，這些變化可以因裝備的不同形式而變化。例如，預期甚至最昂貴的高壓裝備也很可能會產生變化百分之幾的電壓輸出。

術語“約”還是指在最終產品中預期即使在采用合理的質量控制時也發生的變化。

術語“應力活化熱解碳”或“SAPC”是指作為本公開的主題的基于碳和氮的新穎組合物。通過本公開的定義，SAPC是指包含通過范圍從0.1nm至1nm并定向平行于相應碳納米纖維的軸線的波狀石墨平面所表征的半石墨碳材料。術語“定向平行”是指特定石墨平面的主表面的一般方向并且考慮到基于SAPC的“波狀”物理性質預期發生角度變化。