[发明专利]一种电致驱动碳纳米管螺旋纤维复合材料驱动器的制备方法

权利要求书

1.一种电致驱动碳纳米管螺旋纤维复合材料驱动器的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、碳纳米管螺旋纤维的预拉伸：

将碳纳米管螺旋纤维进行预拉伸，并固定两端；

步骤二、电致驱动碳纳米管螺旋纤维复合材料驱动器的制备：

在步骤一中预拉伸的碳纳米管螺旋纤维的两端施加外加电压，然后将环氧树脂固化体系均匀的涂覆在预拉伸的碳纳米管螺旋纤维上，常温下静置1~120 min；待环氧树脂固化体系均匀包覆并渗入碳纳米管螺旋纤维后，用针头刮去碳纳米管螺旋纤维表面多余的环氧树脂固化体系，而后撤去外加电压，随后在25~100 ℃条件下静置1~60 h，即制备出电致驱动碳纳米管螺旋纤维复合材料。

2.根据权利要求1所述的电致驱动碳纳米管螺旋纤维复合材料驱动器的制备方法，其特征在于所述外加电压的大小为0.5~10V。

3.根据权利要求1所述的电致驱动碳纳米管螺旋纤维复合材料驱动器的制备方法，其特征在于所述预拉伸应变为5~50%。

4.根据权利要求1所述的电致驱动碳纳米管螺旋纤维复合材料驱动器的制备方法，其特征在于所述碳纳米管螺旋纤维的制备方法如下：

步骤（1）碳纳米管薄膜的制备：

将催化剂和生长促进剂溶解在液态碳源中，得到催化剂、生长促进剂和碳源的混合溶液，采用精密注射泵将催化剂、生长促进剂和碳源的混合溶液注入管式炉预热区中汽化，H₂/Ar载气将碳源、催化剂和生长促进剂带入管式炉反应区发生反应，形成碳纳米管薄膜；

步骤（2）碳纳米管螺旋纤维的制备：

将步骤（1）得到的碳纳米管薄膜两端分别放置在马达和砝码上，转动马达，对碳纳米管薄膜进行机械加捻，得到碳纳米管螺旋纤维。

5.根据权利要求4所述的电致驱动碳纳米管螺旋纤维复合材料驱动器的制备方法，其特征在于所述催化剂为二茂铁，生长促进剂为升华硫溶，液态碳源为二甲苯。

6.根据权利要求4或5所述的电致驱动碳纳米管螺旋纤维复合材料驱动器的制备方法，其特征在于所述催化剂、生长促进剂和碳源的配制比例为每10~500mL的液态碳源溶解0.1~40g催化剂和0.002~1g生长促进剂。

7.根据权利要求4所述的电致驱动碳纳米管螺旋纤维复合材料驱动器的制备方法，其特征在于所述二茂铁和升华硫通过超声方式溶解在液态碳源二甲苯中，超声时间为10~300min，超声功率为10~200 kHz。

8.根据权利要求4所述的电致驱动碳纳米管螺旋纤维复合材料驱动器的制备方法，其特征在于所述预热区温度为150~500℃，反应区温度为900~1300℃；所述H₂/Ar载气中，H₂和Ar体积比为1：1~4，载气流速为400~2000 mL/min。

9.根据权利要求4所述的电致驱动碳纳米管螺旋纤维复合材料驱动器的制备方法，其特征在于所述步骤2的具体步骤为：将步骤（1）得到的碳纳米管薄膜一端固定在马达的转头上，另一端粘结在一个可移动的砝码上，砝码置于光滑玻璃片表面，使碳纳米管薄膜悬空放置于马达与砝码之间，调节马达转速，碳纳米管薄膜在马达的转动下逐步收缩，形成一根直纤维；随着马达继续转动，使得纤维扭转，变得致密，直径变细，成为一根具有过扭的直纤维；保持持续转动逐渐增加过扭，使得超柔性的碳纳米管纤维在局部形成螺旋，并且螺旋从纤维一端形成，沿着纤维轴向顺序形成，即获得碳纳米管螺旋纤维。

10.根据权利要求1所述的电致驱动碳纳米管螺旋纤维复合材料驱动器的制备方法，其特征在于所述环氧树脂固化体系中，环氧树脂与固化剂的质量比为1~20：1。