改性碳纳米管阵列、碳纳米管纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种改性碳纳米管阵列、碳纳米管纤维及其制备方法和应用。该改性碳纳米管阵列的制备方法包括如下步骤：制备碳纳米管阵列；及在保护性气体氛围下，对改性物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列，改性物选自乙烯基吡啶‑苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物及苯乙烯‑异戊二烯‑丁二烯嵌段共聚物中的至少一种，紫外光为照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，照射功率为20mW～30mW。上述制备方法得到的改性碳纳米管阵列能够用于制备弹性较好的碳纳米管纤维。

Modified carbon nanotube arrays, carbon nanotube fibers and their preparation methods and Applications

The invention relates to a modified carbon nanotube array, carbon nanotube fibers, a preparation method and application thereof. The preparation method of the modified carbon nanotube arrays includes the following steps: preparing carbon nanotube arrays; and treating the modified products and carbon nanotube arrays by ultraviolet irradiation under protective gas atmosphere for grafting reaction to obtain the modified carbon nanotube arrays. The modified products are selected from vinylpyridine, styrene, butadiene block copolymer and styrene, isoprene and butadiene. At least one of the block copolymers is a monochrome narrowband light with an irradiation wavelength of 218-289 nm and an irradiation power of 20 mW-30 mW. The modified carbon nanotube arrays prepared by the above methods can be used to prepare carbon nanotube fibers with good elasticity.

【技术实现步骤摘要】
改性碳纳米管阵列、碳纳米管纤维及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料
，特别是涉及一种改性碳纳米管阵列、碳纳米管纤维及其制备方法和应用。
技术介绍
纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的具有一定长径比的线状材料。纳米纤维具有牢固、轻质、耐用及富有功能延伸发展等特性，逐渐应用于医疗卫生、高效防护、精细过滤、汽车工业及农业等领域。尤其在纺织业中的应用，纳米纤维同样具有广阔的使用前景。采用纳米纤维制备的布料具有导电、防静电等多种功能。然后，传统的纳米纤维的弹性较差，导致制成的布料的伸缩性不能满足实际需求。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种改性碳纳米管阵列的制备方法，该制备方法得到的改性碳纳米管阵列能够用于制备弹性较好的碳纳米管纤维。此外，还提供一种改性碳纳米管阵列和碳纳米管纤维的其制备方法和应用。一种改性碳纳米管阵列的制备方法，包括如下步骤：制备碳纳米管阵列；及在保护性气体氛围下，对改性物和所述碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列，所述改性物选自乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物及苯乙烯-异戊二烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种，所述紫外光为照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，照射功率为20mW～30mW。上述改性碳纳米管阵列的制备方法，采用照射功率为20mW～30mW的紫外光进行照射，并设定紫外光为照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，以将改性物接枝于碳纳米管阵列的表面上，改性物选自乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物及苯乙烯-异戊二烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种，得到的改性碳纳米管阵列能够制备具有较高弹性的碳纳米管纤维，能够用于制作伸缩性较好的布料。经试验验证，采用上述改性碳纳米管阵列制成的碳纳米管纤维的伸长率为3.5％～5.0％，具有较好的弹性。在其中一个实施例中，所述改性物的重均分子量为15000～30000。在其中一个实施例中，所述乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中，所述乙烯基吡啶链段、所述苯乙烯链段与所述丁二烯链段的摩尔比为3：3：1～1：1：1；及/或，所述苯乙烯-异戊二烯-丁二烯嵌段共聚物中，所述苯乙烯链段、所述异戊二烯链段与所述丁二烯链段的摩尔比为3：1：1～1：1：1。在其中一个实施例中，所述改性物由乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物及苯乙烯-异戊二烯-丁二烯嵌段共聚物组成，所述乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物及所述苯乙烯-异戊二烯-丁二烯嵌段共聚物的摩尔比为0.75：1～1.33：1。在其中一个实施例中，所述制备碳纳米管阵列的步骤包括：在第一基底上沉积催化剂层；及在保护性气体氛围下，将所述形成有催化剂层的所述第一基底升温至700℃～900℃后再通入碳源气体反应，得到所述碳纳米管阵列，所述碳源气体包括乙烯及己烷，所述乙烯与所述己烷的气体分压比为2:1～4:1，所述碳源气体的流速为8mL/min～12mL/min，通入所述碳源气体进行反应的时间为10min～25min。在其中一个实施例中，所述在保护性气体氛围下，对改性物和所述碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应的步骤具体为：在第二基底上设置所述改性物；将形成有所述碳纳米管阵列的所述第一基底与设置有所述改性物的所述第二基底并排设置；在所述保护性气体氛围下，对形成有所述碳纳米管阵列的所述第一基底与设置有所述改性物的所述第二基底进行紫外光照射处理以进行接枝反应。一种改性碳纳米管阵列，由上述改性碳纳米管阵列的制备方法制备得到。一种碳纳米管纤维的制备方法，将上述改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到碳纳米管纤维。一种碳纳米管纤维，由上述碳纳米管纤维的制备方法制备得到。上述碳纳米管纤维在制备布料中的应用。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。一实施方式的碳纳米管纤维的制备方法，制备的碳纳米管纤维具有较高的弹性，能够用于制作具有较好伸缩性的布料。需要说明的是，可以采用传统的纺织方法将碳纳米管纤维纺织成布料。传统的纺织方法例如可以是平织法或斜纹织法。需要说明的是，可以采用单根碳纳米管纤维进行纺织，也可以将多根碳纳米管纤维平行拧成一根再进行纺织。具体地，该碳纳米管纤维的制备方法包括如下步骤S110～S120：S110、制备改性碳纳米管阵列。具体地，S110包括S111～S112：S111、制备碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列。需要说明的是，碳纳米管阵列也可以是多壁碳纳米管阵列。需要说明的是，采用上述改性碳纳米管阵列的制备方法时，单壁碳纳米管阵列的表面较多壁碳纳米管阵列的表面修饰难度更大。在其中一个实施例中，碳纳米管阵列的长度为800μm～1000μm。碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为10nm～15nm。在其中一个实施例中，S111具体为：在第一基底上形成碳纳米管阵列。进一步地，第一基底为氧化铝板。第一基底的尺寸为5英尺。当然，在其他实施方式中，第一基底的尺寸也可以是其他任意尺寸。更进一步地，第一基底具有第一工作面，在第一工作面形成碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，在第一基底上沉积碳纳米管阵列的步骤包括S1111～S1112：S1111、在第一基底上沉积催化剂层。在其中一个实施例中，采用电子束蒸发法在第一基底的表面形成催化剂层。进一步地，催化剂层的材料选自钴和镍中的至少一种。更进一步地，催化剂层的材料由镍和钴组成，且镍和钴的质量比为0.6:1～1.4:1。在其中一个实施例中，催化剂层的厚度为20nm～23nm。S1112、在保护性气体氛围下，升温至700℃～900℃后再通入碳源气体反应得到碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，将沉积有催化剂层的第一基底放置于化学气相反应炉中进行反应。进一步地，先向化学气相反应炉中通入保护性气体，再升高化学气相反应炉的温度至700℃～900℃，使得催化剂层在第一基底上均匀成核；再向其中通入碳源气体进行反应。更进一步地，碳源气体包括乙烯及己烷，乙烯与己烷的气体分压比为2:1～4:1。碳源气体的流速为8mL/min～12mL/min，通入碳源气体进行反应的时间为10min～25min。通过此设置，能够得到分散性更好的碳纳米管阵列，以能够得到具有较好散热性的碳纳米管纤维。在其中一个实施例中，保护性气体选自氮气、氢气、氩气和氦气中的至少一种。S112、在保护性气体氛围下，对改性物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列。改性物选自乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物及苯乙烯-异戊二烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种。紫外光为照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，照射功率为20mW～30mW。采用照射功率为20mW～30mW的紫外光照射，并设定紫外光为照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，以将改性物接枝于碳纳米管阵列的表面上，改性物选自乙烯基吡啶-苯乙烯-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备碳纳米管阵列；及在保护性气体氛围下，对改性物和所述碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列，所述改性物选自乙烯基吡啶‑苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物及苯乙烯‑异戊二烯‑丁二烯嵌段共聚物中的至少一种，所述紫外光为照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，照射功率为20mW～30mW。

【技术特征摘要】
1.一种改性碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备碳纳米管阵列；及在保护性气体氛围下，对改性物和所述碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列，所述改性物选自乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物及苯乙烯-异戊二烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种，所述紫外光为照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，照射功率为20mW～30mW。2.根据权利要求1所述的改性碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，所述改性物的重均分子量为15000～30000。3.根据权利要求1所述的改性碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，所述乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中，所述乙烯基吡啶链段、所述苯乙烯链段与所述丁二烯链段的摩尔比为3：3：1～1：1：1；及/或，所述苯乙烯-异戊二烯-丁二烯嵌段共聚物中，所述苯乙烯链段、所述异戊二烯链段与所述丁二烯链段的摩尔比为3：1：1～1：1：1。4.根据权利要求1所述的改性碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，所述改性物由乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物及苯乙烯-异戊二烯-丁二烯嵌段共聚物组成，所述乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物及所述苯乙烯-异戊二烯-丁二烯嵌段共聚物的摩尔比为0.75：1～1.33：1。5.根据权利要求1所述的改性碳纳米管阵列的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓飞，
申请(专利权)人：深圳烯湾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44