[发明专利]铝和碳纳米管复合纤维材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝和碳纳米管复合纤维材料及其制备方法，是采用电化学法将铝沉积于碳纳米管纤维形成的铝和碳纳米管复合纤维，属于纳米材料领域。

背景技术

铝具有轻质高导电高导热高延展性等优异的物理性能，是典型的轻质工业金属，广泛应用于电缆工业、制造工业和航空航天等领域。

碳纳米管纤维是由纳米级的碳纳米管构成的宏观纤维材料。碳纳米管纤维集碳纳米管的高强高导电高导热和多功能性于一体，柔性可编织，可用于发展高性能复合材料，高强导电导热材料和柔性电子、光电材料和器件，编织储能材料。

本发明技术提供了一种铝和碳纳米管复合纤维材料及其制备方法，所制备的铝和碳纳米管复合纤维具有高强、高导电、高导热等优异性能，可作为导电材料、导热材料、结构材料等用于电缆传输、电子、能源和航天航空等领域。

采用电化学法制备铝和碳纳米管复合纤维的制备条件较热浸镀、热喷涂、滚压、物理气相沉积和化学气相沉积等方法宽松，可室温下进行，获得的复合材料中的铝纯度高、孔隙率低等优点。目前报道的铝的电解液包括有机溶液和熔盐体系，其中有机溶液体系具有电镀温度较低，不会产生氢气及腐蚀性副产物等特点。

本发明制备的铝和碳纳米管的复合纤维为铝和碳纳米管构成的纳米复合纤维，具有碳纳米管分布于铝基体中的结构。该复合纤维是以碳纳米管纤维为基体采用电化学法将铝沉积于碳纳米管纤维制得的。该复合纤维中的碳纳米管有取向性地分布于金属中，且与金属存在键连形成强界面结合，可作为导电材料、导热材料、柔性电子光电材料和器件，编织储能材料等，应用于航天航空、电子、能源和智能纺织领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝和碳纳米管复合纤维材料及其制备方法。本发明制备的铝与碳纳米管的复合纤维是以碳纳米管纤维为基体采用电化学法将铝沉积于碳纳米管纤维制得的，是具有碳纳米管分布于铝基体中结构的复合纤维。复合纤维中的碳纳米管与铝之间存在键连，具有强的界面结合力，可作为导电材料、导热材料、柔性电子、光电材料和器件，编织储能材料等，应用于航天航空、电子、能源和智能纺织领域。

本发明提供的一种铝和碳纳米管的复合纤维材料为碳纳米管分布于铝基体中的复合纤维。该复合纤维的直径范围为10微米到500微米。铝的质量百分数为10～99 %。

所述的铝和碳纳米管复合纤维中碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或它们的混合物。

本发明提供的一种制备铝和碳纳米管复合纤维材料的方法包括的步骤：

1）利用公开号为CN 101665997A报道的方法制备碳纳米管纤维；

2）将步骤1）的碳纳米管纤维浸于铝的电解液中，温度为10～60 ^oC，施加电流或电压于碳纳米管纤维1分钟～10小时。

所述的碳纳米管纤维可经功能化处理，包括硝酸、硫酸、盐酸等酸处理。所述功能化处理是使碳纳米管产生含氧基团，含氧官能团主要包括羟基(-OH)、羧基(COO)和羰基(C=O)等。

所述的铝的电解液是以氢化铝锂与铝盐为主分，以四氢呋喃与甲苯的混合物为溶剂的溶液。铝元素的浓度为0.1～2 摩尔每升。

所述的施加的电流范围为0.1～2 A，施加的电压范围为0.1～10 V。

所述的铝盐为氯化铝。

本发明制备铝和碳纳米管均匀复合的纤维材料可发展柔性可编织高强高导电高导热等功能的复合材料和柔性电子、光电材料和器件，编织储能材料。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明制备的铝和碳纳米管复合纤维为具有碳纳米管分布于铝基体中结构的复合纤维。复合纤维中的碳纳米管与铝之间存在键连，具有强的界面结合力，可使碳纳米管优越的力学等其他性能和铝等特性相结合，实现高性能和多功能性。用本发明制备的碳纳米管和铝复合纤维具有高强高导电高导热等优异性能。

 

附图说明   

图1为本发明实例1制得的铝和碳纳米管复合纤维的实物图。

图2为本发明实例1制得的铝和碳纳米管复合纤维拉伸断口的低倍扫描电镜图。

图3为本发明实例1制得的铝和碳纳米管复合纤维拉伸断口的高倍扫描电镜图。

图4为本发明实例1制得的铝和碳纳米管复合纤维C1s的XPS图谱。

图5为本发明实例2制得的铝和碳纳米管复合纤维C1s的XPS图谱。

图6为本发明实例2制得的铝和碳纳米管复合纤维拉伸断口的低倍扫描电镜图。