[發(fā)明專利]一種納米碳纖維及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110221133.1
• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN112981615B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱健;王湘麟;陳柔羲;王欣
• 申請（專利權(quán)）人: 南方科技大學
• 主分類號: D01F9/30
• 分類號: D01F9/30;D01F9/21;D01F9/22;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

1.一種納米碳纖維的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

(1)將多元酸、多元胺和增粘劑在溶劑中混合，得到前驅(qū)體溶液；

(2)將步驟(1)得到的前驅(qū)體溶液進行紡絲，得到前驅(qū)體纖維；

(3)對步驟(2)得到的前驅(qū)體纖維進行碳化處理，得到所述納米碳纖維；

步驟(1)所述前驅(qū)體溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量百分含量為10～30％；

步驟(1)所述前驅(qū)體溶液的溶質(zhì)中增粘劑的質(zhì)量百分含量為10～50％，所述多元酸和多元胺的質(zhì)量百分含量大于50％；

步驟(1)所述增粘劑包括聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮或聚偏氟乙烯中的任意一種或至少兩種的組合；

步驟(1)所述溶劑包括N,N'-二甲基甲酰胺；

所述多元酸包括四元酸和/或二元酸；

所述二元酸包括對苯二甲酸和/或聯(lián)苯二甲酸；

所述四元酸包括1,4,5,8-萘四甲酸、3,3',4,4'-聯(lián)苯四甲酸或3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸中的任意一種或至少兩種的組合；

所述多元胺包括二胺、三胺或四胺中的任意一種或至少兩種的組合；

所述二胺包括苯二胺和/或3,4'-二氨基二苯醚；

所述三胺包括三(4-氨基苯基)胺和/或1,3,5-三氨基苯；

所述四胺包括3,3'-二氨基聯(lián)苯胺、1,2,4,5-四氨基苯或四(4-氨基苯基)甲烷中的任意一種或至少兩種的組合；

步驟(1)所述混合的時間為5～30h；

步驟(1)所述混合的溫度不高于25℃；

步驟(2)所述紡絲通過靜電紡絲儀進行；

步驟(3)所述碳化處理在加熱的條件下進行；

所述加熱的方法包括：將體系升溫到140～160℃，保溫0.3～0.7h，加熱到260～300℃，保溫0.8～1.2h，加熱到400～600℃，保溫0.8～1.2h，加熱到800～1200℃，保溫0.8～1.2h，完成所述加熱。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述多元酸和多元胺的摩爾比為1:(0.1～10)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述紡絲之前還包括在所述前驅(qū)體溶液中加入添加劑的步驟。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述添加劑包括金屬納米顆粒、陶瓷納米顆粒、金屬氧化物納米顆粒或金屬有機化合物納米顆粒中的任意一種或至少兩種的組合。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述添加劑包括造孔劑。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述紡絲的電壓為10～30kV。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述紡絲的供液速率為0.5～1.5mL/h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述紡絲的溫度為10～25℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述紡絲的濕度為10～85％。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述加熱的升溫速率為0.1～10℃/min。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述碳化處理在惰性氣體保護或真空條件下進行。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體包括氮氣和/或氬氣。