[发明专利]高强高韧碳纳米管复合相变纤维、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种高强高韧碳纳米管复合相变纤维、其制备方法及应用。所述复合相变纤维包括碳纳米管纤维和相变材料，所述相变材料均匀分布于碳纳米管纤维内或其形成的网络结构中。所述制备方法包括：使碳纳米管纤维在电解所产生的气体的作用下产生均匀膨胀；将得到的具有膨胀网络结构的碳纳米管纤维浸渍于相变材料溶液中，使其中的相变材料充分渗透入所述碳纳米管纤维的膨胀网络结构内部，再进行致密化处理，制得高强高韧碳纳米管复合相变纤维。本发明制备的高强高韧碳纳米管复合相变纤维具有更高的耐温特性，强度高，相变温度可调范围宽，相变潜热高，可溶于有机溶剂的各种石蜡材料，有望在未来可穿戴环境能源收集器件上有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管复合材料，特别涉及一种高强高韧碳纳米管复合相变纤维及其制备方法与应用，属于纳米科学技术领域。

背景技术

随着碳纳米管(CNT)纤维的快速发展，多功能碳纳米管复合纤维也随之发展起来。当碳纳米管纤维与不同材料复合形成的复合纤维具有不同的功能性，可应用于人工肌肉、智能穿戴、超级电容器、轻量化导线以及复合材料等众多领域。如以碳纳米管纤维为基底，对碳纳米管纤维进行镀铜可制备轻量化电缆，处理好碳纳米管和铜之间的界面结合问题，其电导率比原纤维可提高了近两个数量级(Nanoscale,2011,3(10):4215-4219)；在碳纳米管纤维表面涂上二氧化钛纳米层，利用二氧化钛吸附染料产生光电荷并迅速转移到碳纳米管纤维上制备了碳纳米管纤维的线状染料敏化太阳能电池(Nano letters,2012,12(5):2568-2572)；通过对一组具有层状结构的碳纳米管纱线进行捻绕，制备了具有超大型快速收缩驱动的电化学纱线，该碳纳米管纱线肌肉循环稳定性高、驱动量较大(MaterialsHorizons,2020,7(11):3043-3050)。

众所周知，聚乙二醇(PEG)作为相变储能材料具有相变焓高、性能稳定、无腐蚀性等优点。以碳纳米管做为介质支撑材料，聚乙二醇与碳纳米管纤维复合可得到力学性能和结构强度优异的复合相变纤维材料。相变蓄热属于潜热式蓄热，具有能量密度高、装置简单、节能高效等优势。目前，相变储能材料在航空航天、太阳能利用、纺织行业、蓄热建筑等众多领域具有重要的应用价值和广阔的开发前景。然而，单纯的聚乙二醇作为相变材料是以固-液转化形式实现蓄热储能，这就导致在储能过程中因聚乙二醇形态差异较大而难以实现实际工程。

综上，现有技术主要存在以下缺点：1)以纯聚乙二醇作为相变材料，其在相变过程中会发生固液态的相互转变，难以维持一定的形态；2)目前，利用聚乙二醇作工作物质的复合相变储热材料的制备方法主要包括化学法和共混法，制备工艺相对复杂；3)此外，利用聚乙二醇作工作物质的复合相变材料的力学性能都相对较弱；4)聚乙二醇与有机聚合物复合的热响应弱、易燃性差的问题，以及与无机物复合韧性差，易碎。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高强高韧碳纳米管复合相变纤维及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的还在于提供所述高强高韧碳纳米管复合相变纤维的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种高强高韧碳纳米管复合相变纤维，其包括碳纳米管纤维和相变材料，所述相变材料均匀分布于所述碳纳米管纤维内部和/或所述碳纳米管纤维形成的网络结构中，所述高强高韧碳纳米管复合相变纤维中相变材料的含量为35～70wt％，所述高强高韧碳纳米管复合相变纤维的相变温度为50～65℃，相变潜热在105.9J/g以上，拉伸强度在2GPa以上，能够在任意形状下进行电能到热能的转换与储存，密度为0.5～1.5g/cm³。

本发明实施例还提供了一种高强高韧碳纳米管复合相变纤维的制备方法，其包括：