一种结构可控的碳纳米管织物的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种结构可控的碳纳米管织物的制备方法，其特征在于，首先将碳纳米管纱线织造成经纬密结构的机织平纹织物；然后将碳纳米管织物放入可将其溶解的混合溶液进行处理，混合溶液包括相容剂及膨松剂，当混合溶液渗入碳纳米管织物内部后，膨松剂分解产生的氧气气泡，会产生微爆破作用，使得碳管纱线的结构逐渐疏松，直径增大，使纱线之间的间隙得到调整；最后通过冷冻干燥法将碳纳米管织物进行干燥，得到结构可控的碳纳米管织物。本发明专利技术利用溶液中产生气泡的微爆破作用，使碳纳米管纱线结构的直径逐渐变大，间隙结构得到调控，最后通过冷冻干燥使碳管织物在干燥后得到保持，获得间隙可控的碳管织物，也可以得到超紧密碳纳米管织物。

【技术实现步骤摘要】
一种结构可控的碳纳米管织物的制备方法
本专利技术涉及一种结构可控的碳纳米管织物的制备方法。
技术介绍
碳纳米管是一种具有特殊碳六元环结构的一维量子材料，径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，具有优异的的力学、电学和热学性能。随着纳米技术的发展，应用化学气相沉积法等手段，碳纳米管可以直接制备成纱线。碳纳米管纱线继承了碳纳米管的优异性能，在智能纺织品领域和柔性电池等领域具有广泛应用。纱线结构的碳纳米管材料可以借助传统织造方法实现碳纳米管织物结构。碳纳米管织物具有优异的导电性、力学传感特性和电磁屏蔽特性等，在智能结构、电磁屏幕、航空航天和军事设备等领域具有重要应用。目前，人们多采用超声振荡的方式对碳纳米管粉末所制备的悬浮液进行分散调控。然而，超声振荡的剧烈作用会使具有自支撑结构的碳纳米管纱线解体，也会使纱线中碳纳米管受到损伤而性能下降，所以传统的超声振荡的方法无法适用于对碳纳米管纱线内部孔隙结构的调控。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是现有制备方法无法调控碳纳米管纱线内部孔隙结构的问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种结构可控的碳纳米管织物的制备方法，其特征在于，首先将碳纳米管纱线织造成经纬密结构的机织平纹织物；然后将碳纳米管织物放入可将其溶解的混合溶液进行处理，混合溶液包括相容剂及膨松剂，当混合溶液渗入碳纳米管织物内部后，膨松剂分解产生的氧气气泡，会产生微爆破作用，使得碳管纱线的结构逐渐疏松，直径增大，使纱线之间的间隙得到调整；最后通过冷冻干燥法将碳纳米管织物进行干燥，得到结构可控的碳纳米管织物。碳纳米管织物的间隙可以由混合溶液的种类、成分比重、浓度、作用时间和温度等因素控制。优选地，所述碳纳米管纱线为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或两者的组合纱线；所述碳纳米管纱线为导体、半导体或两者组合性能的纱线；所述碳纳米管织物的组织结构为机织物结构、针织物结构、编织结构和非织造结构中的任意一种或几种的集合体结构。优选地，所述碳纳米管纱线的制备方法为浮动催化化学气相生长法或碳纳米管阵列直接拉膜法。优选地，所述混合溶液中，相容剂为乙醇溶液、丙酮溶液或二氯甲烷溶液；膨松剂为过氧化氢溶液、稀硫酸与金属锌粉末的混合物或稀硝酸与亚硫酸钠的混合物。相容剂有助于进入碳纳米管集合体内部，膨松剂可产生微气泡。因此二者的混合溶液可以进入碳纳米管织物内部并产生微泡，实现织物的间隙调控，二者缺一不可。更优选地，所述过氧化氢溶液的重量浓度为10～70％；稀硫酸和金属锌粉末中的稀硫酸的重量浓度为10～15％，稀硫酸与金属锌粉末的重量比为20∶1；稀硝酸和亚硫酸钠中的稀硫酸的重量浓度为8～12％，稀硫酸与金属锌粉末的重量比为20∶1。更优选地，所述混合溶液中，相容剂为乙醇溶液，膨松剂为过氧化氢溶液，两者在混合溶液中的重量总浓度为40％。优选地，所述碳纳米管织物在30℃下放入混合溶液，处理时间为12小时。优选地，所述冷冻干燥法具体为：将处理后的碳纳米管织物放入冰醋酸或二甲基亚砜(DMSO)中冷冻，随后放入冷冻干燥箱内干燥，使碳纳米管织物的疏松结构得到保持。更优选地，所述冷冻的温度为-10～-40℃，冷冻时间为5小时；冷冻干燥箱内的温度设定为-10～-40℃，干燥时间为12-72小时。本专利技术通过使用过氧化氢混合溶液对碳纳米管织物进行处理，利用溶液中产生气泡的微爆破作用，使碳纳米管纱线结构的直径逐渐变大。使碳纳米管织物的间隙结构得到有效的调控，最后通过冷冻干燥使碳管织物调控后的结构在干燥后得到保持，获得间隙可控的碳管织物。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术可以实现间隙结构可控的碳纳米管织物结构，也可以得到超紧密碳纳米管织物；2、本专利技术所得到的碳纳米管织物可以应用于智能结构、电磁屏蔽、航空航天等领域；3、本专利技术所述方法简单易行，成本低，适用于产业化推广。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。实施例1一种超紧密碳纳米管机织物的制备方法：(1)选用直径150微米的碳纳米管纱线(苏州捷迪纳米材料有限公司)，织造经纬密为40根/厘米的机织物，织物尺寸常和宽均为2厘米；(2)将200毫升浓度为50％的过氧化氢溶液与200毫升浓度99％的乙醇溶液混合，倒入玻璃皿中；(3)将碳纳米管织物平放入配置好的混合溶液中，在温度为30℃的环境中浸泡24小时，使碳管纱线结构疏松，直径增大，在溶液中获得结构紧密的碳纳米管织物；(4)将步骤3中得到的碳纳米管织物放入300毫升冰醋酸中，放入-30℃的低温环境下冷冻5小时，待溶液完全凝固成固态；(5)将步骤4中的固态溶液放入-30℃的冷冻干燥箱内24小时，使碳纳米管织物的紧密结构得到保持，得到超紧密结构；处理后由于碳纳米管纱线的直径增大到250微米，得到的碳纳米管织物之间的结构非常紧密，织物中碳纳米管纱线之间的平均间隙小于1微米。实施例2一种紧密型碳纳米管织物的快速制备方法：(1)选用直径150微米的碳纳米管纱线(苏州捷迪纳米材料有限公司)，织造经纬密为40根/厘米的机织物，织物尺寸常和宽均为2厘米；(2)将200毫升浓度为70％的过氧化氢溶液与200毫升浓度99％的乙醇溶液混合，倒入玻璃皿中；(3)将碳纳米管织物平放入配置好的混合溶液中，在温度为50℃的环境中浸泡4小时，在溶液中获得结构紧密的碳纳米管织物；(4)将步骤3中得到的碳纳米管织物放入300毫升冰醋酸中，放入-30℃的低温环境下冷冻5小时，待溶液完全凝固成固态；(5)将步骤4中的固态溶液放入-30℃的冷冻干燥箱内24小时，使碳纳米管织物的紧密结构得到保持，得到紧密型碳纳米管织物；处理后由于碳纳米管纱线的直径增大到250微米左右，织物中碳纳米管纱线之间的平均间隙小于5微米。实施例3一种超紧密碳纳米管针织物的制备方法：(1)选用直径150微米的碳纳米管纱线(苏州捷迪纳米材料有限公司)，织造未充满系数(线圈长度：纱线直径)20左右的针织物，织物尺寸常和宽均为2厘米；(2)将200毫升浓度为50％的过氧化氢溶液与200毫升浓度99％的乙醇溶液以混合，倒入玻璃皿中；(3)将碳纳米管织物平放入配置好的混合溶液中，在温度为30℃的环境中浸泡24小时后，在溶液中获得结构紧密的碳纳米管织物；(4)将步骤3中得到的碳纳米管织物放入400毫升二甲基亚砜(DMSO)中，放入-30℃的低温环境下冷冻5小时，待溶液完全凝固成固态；(5)将步骤4中的固态溶液放入-30℃的冷冻干燥箱内24小时，使碳纳米管织物的紧密结构得到保持，得到超紧密结构；处理后由于碳纳米管纱线的直径增大到250微米，得到的碳纳米管织物之间的结构非常紧密，织物中碳纳米管纱线之间的平均间隙小于2微米。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构可控的碳纳米管织物的制备方法，其特征在于，首先将碳纳米管纱线织造成经纬密结构的机织平纹织物；然后将碳纳米管织物放入可将其溶解的混合溶液进行处理，混合溶液包括相容剂及膨松剂，当混合溶液渗入碳纳米管织物内部后，膨松剂分解产生的氧气气泡，会产生微爆破作用，使得碳管纱线的结构逐渐疏松，直径增大，使纱线之间的间隙得到调整；最后通过冷冻干燥法将碳纳米管织物进行干燥，得到结构可控的碳纳米管织物。

【技术特征摘要】
1.一种结构可控的碳纳米管织物的制备方法，其特征在于，首先将碳纳米管纱线织造成经纬密结构的机织平纹织物；然后将碳纳米管织物放入可将其溶解的混合溶液进行处理，混合溶液包括相容剂及膨松剂，当混合溶液渗入碳纳米管织物内部后，膨松剂分解产生的氧气气泡，会产生微爆破作用，使得碳管纱线的结构逐渐疏松，直径增大，使纱线之间的间隙得到调整；最后通过冷冻干燥法将碳纳米管织物进行干燥，得到结构可控的碳纳米管织物。2.如权利要求1所述的结构可控的碳纳米管织物的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管纱线为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或两者的组合纱线；所述碳纳米管纱线为导体、半导体或两者组合性能的纱线；所述碳纳米管织物的组织结构为机织物结构、针织物结构、编织结构和非织造结构中的任意一种或几种的集合体结构。3.如权利要求1或2所述的结构可控的碳纳米管织物的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管纱线的制备方法为浮动催化化学气相生长法或碳纳米管阵列直接拉膜法。4.如权利要求1所述的结构可控的碳纳米管织物的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，相容剂为乙醇溶液、丙酮溶液或二氯甲烷溶液；膨松剂为过氧化氢溶液、稀硫酸与金属锌粉末的混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：许福军，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31