[發(fā)明專利]自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧及其制法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110316430.4
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113074201B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邸江濤;鞏倩;余盈熒;李清文
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: F16F1/06
• 分類號: F16F1/06;F16F1/02
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發(fā)明公開了一種自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧及其制法與應(yīng)用。所述制法包括：將碳納米管纖維均勻有序的纏繞于具有螺紋結(jié)構(gòu)的模板上；以及，采用化學(xué)氣相沉積法對所獲纏繞于模板上的螺旋狀的碳納米管纖維進(jìn)行無定型石墨碳的沉積，從而獲得具有螺旋彈簧結(jié)構(gòu)的自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧。本發(fā)明利用化學(xué)氣相沉積的方法，通過模板誘導(dǎo)構(gòu)型，成功制備了具有自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧，本發(fā)明制備的復(fù)合彈簧具備很好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；同時本發(fā)明所提供的制備方法操作簡單，可重復(fù)性強(qiáng)，并且可以實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)全碳彈簧螺旋結(jié)構(gòu)的尺寸調(diào)控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧及其制法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

可穿戴器件是未來電子設(shè)備的重要發(fā)展趨勢。近年來，隨著電子皮膚、柔性手機(jī)等概念的相繼提出和研究的不斷深入，新型(如柔性，可拉伸，可彎折等)能量儲存和供給單元以及與生物體具有兼容性的應(yīng)變傳感器迅速被人們重視。碳納米管(CNT)具有準(zhǔn)一維特性和優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和力學(xué)性質(zhì)，其宏觀聚集體---纖維天生具有輕質(zhì)、柔性、可拉伸、可彎折的性能，是制備可穿戴功能器件的理想材料，其在能源儲能領(lǐng)域、功能材料以及納米器件領(lǐng)域等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是CNT纖維由于其本身的柔性，多是以穩(wěn)定的直線結(jié)構(gòu)存在，這種直線結(jié)構(gòu)極大的限制了其在三維空間的變形能力，故而對其在可穿戴器件領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展造成了很大的限制。

目前有技術(shù)提出將螺旋結(jié)構(gòu)引入到碳納米管纖維中，從而改變了直纖維的結(jié)構(gòu)，制備出了螺旋均勻致密分布的螺旋纖維。獨(dú)特的螺旋結(jié)構(gòu)在力學(xué)性能上與直纖維完全不同，這種螺旋的嵌入，可以改變纖維的拉伸以及彈性性能(如專利CN110485162A和CN107805865A)，但就目前的技術(shù)而言，單純物理加捻得到的CNT螺旋結(jié)構(gòu)，須在外力作用下才能保持螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如在重物的作用下，防止CNT纖維解捻，這種外力干涉下的穩(wěn)定會對于其應(yīng)用場景造成很大限制。另有一些方法中，為得到穩(wěn)定存在的自支撐螺旋結(jié)構(gòu)，引入其他物質(zhì)，如高分子等，這對于碳納米管纖維的本征屬性，會起到很大的削減效果，如導(dǎo)電率下降，熱穩(wěn)定性下降等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧及其制法與應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧的制備方法，其包括：

提供碳納米管纖維；

將所述碳納米管纖維纏繞于具有螺紋結(jié)構(gòu)的模板上；

以及，采用化學(xué)氣相沉積法對所獲纏繞于模板上的螺旋狀的碳納米管纖維進(jìn)行無定型石墨碳的沉積，從而獲得具有螺旋彈簧結(jié)構(gòu)的自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了由前述方法制備的自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧，所述自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧包括碳納米管纖維以及無序石墨碳顆粒和/或無序石墨碳層，所述無序石墨碳顆粒和/或無序石墨碳層分布于所述碳納米管纖維的表面，所述自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧具有螺旋結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了前述的自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧于可穿戴領(lǐng)域中的用途。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明提供一種新的自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧的制備方法，利用化學(xué)氣相沉積的方法，通過模板誘導(dǎo)構(gòu)型，成功制備了具有自支撐無序石墨碳/碳納米管復(fù)合彈簧；

(2)本發(fā)明所獲得的全碳彈簧，相比于傳統(tǒng)金屬彈簧，具有減重、耐腐蝕的優(yōu)勢；

(3)本發(fā)明所提供的制備方法操作簡單，可重復(fù)性強(qiáng)；