[发明专利]一种有效提高单壁碳纳米管纤维力学性能的制备方法

说明书

本发明提出一种有效地提高单壁碳纳米管纤维力学性能的制备方法，解决了现有技术中单壁碳纳米管纤维的机械性能差、韧性差的问题。本发明是按照以下方式进行的：01、采用化学气相沉积法制备单壁碳纳米管薄膜；02、将单壁碳纳米管薄膜浸入聚乙烯醇或者聚乙烯醇、稀硝酸的水溶液得到单壁碳纳米管复合纤维；03、将单壁碳纳米管复合纤维搭在框架上，重复此操作，叠搭后得到多根组合的单壁碳纳米管复合纤维；04、将上述多根单壁碳纳米管复合纤维加上负重后，使用旋转纺织的方法，利用马达将其纺织成为一根紧实的复合纤维。本发明提高了碳纳米管纤维的力学性能，扩大了碳纳米管在柔性可拉伸超级电容器、可穿戴电子器件、人造肌肉等领域的应用。

技术领域

本发明涉及一种提高单壁碳纳米管力学性能的制备方法，特别是一种有效提高单壁碳纳米管纤维力学性能的制备方法，属于纳米材料的加工技术和应用领域。

背景技术

碳纳米管是一种典型的一维管状纳米材料，具有非常突出的机械性能以及良好的导电性、导热性、柔性和韧性。另外，碳纳米管具有质量轻、强度高的特点，使碳纳米管在柔性可拉伸超级电容器、导线、多功能复合材料纤维、应力应变传感器、电极、致动器以及人造肌肉等领域有着广阔的应用前景。目前，制备碳纳米管纤维的方法有很多，比如湿法纺丝，干法纺丝等。然而，影响碳纳米管纤维力学性能的因素有很多，包括碳纳米管的直径、长度、碳纳米管内部的有序程度及滑移力等。所以多根碳纳米管组合之后，缺陷大大增加，根据理论计算，单根碳纳米管的强度可达50 GPa，而多根碳纳米管组合之后，强度为80 MPa，与单根碳纳米管相比，其强度大大降低，这极大地限制了碳纳米管的应用。因此，如何提高碳纳米管纤维强度，依然存在巨大的挑战。

发明内容

本发明提出一种有效地提高单壁碳纳米管纤维力学性能的制备方法，解决了现有技术中单壁碳纳米管纤维的机械性能差、韧性差的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种有效提高单壁碳纳米管纤维力学性能的制备方法，是按照以下方式进行的：

01、采用化学气相沉积法制备单壁碳纳米管薄膜；

02、将上述单壁碳纳米管薄膜浸入聚乙烯醇或者聚乙烯醇、稀硝酸的水溶液得到单壁碳纳米管复合纤维；

03、将通过溶液后的单壁碳纳米管复合纤维搭在框架上，重复此操作，叠搭后得到多根组合的单壁碳纳米管复合纤维；

04、将上述多根单壁碳纳米管复合纤维加上负重后，使用旋转纺织的方法，利用马达将其纺织成为一根紧实的复合纤维。

在步骤02中，溶液为1：100的聚乙烯醇溶液，或者所述溶液1：100的聚乙烯醇和10~20%的硝酸的混合溶液。

在步骤03中，叠搭单壁碳纳米管复合纤维的过程中，用喷雾对复合纤维进行润湿，湿度为80%-90%。

在步骤04中，单壁碳纳米管复合纤维上的负重为20-100 g。

本发明的制备方法进一步提高了碳纳米管纤维的力学性能，扩大了碳纳米管在柔性可拉伸超级电容器、可穿戴电子器件、人造肌肉等领域的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明制备过程示意图。

图2本发明制备的单壁碳纳米管纤维的扫描电子显微镜照片。

其中：1. 管式炉，2. 单壁碳纳米管薄膜，3. 溶液，4. 单壁碳纳米管复合纤维，5.多根组合碳纳米管复合纤维 ，6. 框架，7. 喷雾，8. 直丝复合纤维，9. 马达，10. 固定轴，11. 毛细管。