具有改善的取向水平的碳纳米管纤维聚集体的制造方法技术

本发明专利技术涉及碳纳米管纤维聚集体的制造方法，通过超声波施加和低速回收，可以得到具有改善的取向水平的碳纳米管纤维聚集体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改善的取向水平的碳纳米管纤维聚集体的制造方法
本申请要求于2016年10月31日提交的韩国专利申请第10-2016-0143313号的优先权的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。本专利技术涉及一种具有改善的纤维取向的碳纳米管纤维聚集体的制造方法。
技术介绍
碳纳米管(CNT)是一种碳的同位素，其直径为几纳米到几十纳米，长度为几百微米到几毫米。由于其优异的热性质、电性质和物理性质以及高纵横比，已经在各种领域中对其进行了研究。这种碳纳米管的固有特性归因于碳的sp2键。碳纳米管比铁强，比铝轻，并且表现出与金属类似的导电性。碳纳米管分为单壁碳纳米管(SWNT)、双壁碳纳米管(DWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)，并且取决于不对称/手性，它们也分为锯齿形、扶手椅形和手性结构。迄今为止的大多数研究都集中在分散粉末状碳纳米管作为复合材料的增强剂或使用分散溶液生产透明导电膜，并且已经在一些领域中商业化。为了在复合材料和透明导电膜中使用碳纳米管，碳纳米管的分散至关重要。然而，由于碳纳米管的强范德华力导致的内聚力，难以以高浓度分散它们并保持分散性。另外，在使用碳纳米管作为增强材料的复合材料的情况下，难以充分表现出碳纳米管的优异性能。近年来，已经进行了许多关于纤维化碳纳米管的研究用以生产充分表现碳纳米管性能的碳纳米管结构。凝固纺丝、液晶纺丝和直接纺丝是使用含有碳纳米管和分散剂的分散溶液使碳纳米管纤维化的方法的典型实例。凝固纺丝是一种使碳纳米管纤维化的方法，其中将含有碳纳米管和分散剂的分散溶液注入聚合物溶液中，使得分散溶液中的分散剂转移到聚合物溶液中，并且该位置用聚合物填充以用作粘合剂。液晶纺丝是利用碳纳米管溶液在特定条件下形成液晶的性质来使碳纳米管纤维化的方法。该方法的优点在于它可以生产具有良好取向的碳纳米管纤维，但其缺点是纺丝速度非常慢而且形成碳纳米管液晶的条件严苛。直接纺丝是一种以下述方式在加热炉中合成碳纳米管的方法，通过将液态碳源和催化剂与载气一起注入立式高温加热炉的上部入口，与载气一起下到加热炉底部的碳纳米管聚集体在加热炉的内部或外部卷绕以获得纤维。尽管碳纳米管(CNT)本身的机械强度非常高，尤其是拉伸强度超过100GPa，但合成的CNT在应用上受到限制，因为它们是具有短长度的短纤维CNT。为了解决这个问题，最近研究了通过连接短CNT纤维制造长CNT纤维的方法。影响CNT纤维强度的变量可包括长度、直径和CNT之间的粘合强度。还有一种改善取向度以提高CNT纤维强度的方法。为了改善碳纳米管(CNT)纤维的取向，存在一种在回收CNT纤维的步骤中提高回收速率的方法。存在一种在回收CNT纤维的步骤中提高回收速率以改善碳纳米管(CNT)纤维的取向的方法。这种方法是，例如，以20m/min至50m/min以上的高回收速率回收CNT纤维的方法。在这种情况下，尽管可以改善取向度，但是难以连续生产CNT纤维聚集体，因为在如此高的回收速率下CNT纤维聚集体易于断裂。
技术实现思路
技术目的本专利技术的目的是提供一种改善碳纳米管纤维聚集体的取向的方法。技术方案为解决上述问题，本专利技术提供一种碳纳米管纤维聚集体的制造方法，包括以下步骤：将碳纳米管纤维聚集体以恒定速率引入施加超声波的水浴中；以及以20m/min以下的恒定速率回收引入的碳纳米管纤维聚集体。根据一个实施方式，超声波的频率可以在1kHz至1MHz的范围内。超声波的施加时间可以为0.001秒至120秒。根据一个实施方式，随着超声波的施加时间延长，碳纳米管纤维聚集体的偏振拉曼比可以增加。施加时间可以优选为0.01秒或更长，或0.1秒或更长，或1秒或更长且150秒或更短，或120秒或更短，或60秒或更短。如果施加时间超过150秒，则纤维可能断开，这是不希望的。另外，偏振拉曼比可以是在1600cm-1下测量的碳纳米管纤维聚集体的纵向与垂直方向上的G峰强度的比(IG/IG⊥)。根据一个实施方式，偏振拉曼比可以是4.1以上。根据一个实施方式，碳纳米管纤维聚集体可以由纺丝用原料组成，在所述纺丝用原料中，催化剂前体分散在液态或气态碳化合物中。根据一个实施方式，所述方法可以进一步包括由纺丝用原料形成碳纳米管并使碳纳米管连续熔融以直接纺丝碳纳米管纤维的步骤。所述液态或气态碳化合物可包括选自甲烷、乙烯、乙炔、甲基乙炔、乙烯基乙炔、乙醇、甲醇、丙醇、丙酮、二甲苯、氯仿、乙酸乙酯、乙醚、聚乙二醇、甲酸乙酯、均三甲苯、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)、二氯甲烷、己烷、苯、四氯化碳和戊烷中的至少一种。所述催化剂前体可包括选自铁、镍、钴、铂、钌、钼、钒及其氧化物中的至少一种。此外，所述催化剂前体可以是茂金属形式。根据本专利技术的另一个实施方式，可以提供通过上述方法制备的具有4.1以上的偏振拉曼比的碳纳米管纤维聚集体。本专利技术的其他具体实施方式包括在以下详细说明中。本专利技术的效果根据本专利技术的碳纳米管纤维聚集体的制造方法，通过对碳纳米管纤维聚集体施加超声波，可以改善构成碳纳米管纤维聚集体的碳纳米管的取向，因此可以获得具有优异物理性质的碳纳米管纤维聚集体。因此，预期通过根据本专利技术的方法生产的碳纳米管纤维聚集体可应用于各种领域，例如用于多功能复合材料的增强材料，应用稳定的重复压阻效应的应变和损伤检测器，应用高导电性的传输线，应用高比表面积、优异的机械性能和导电性的电化学装置，例如，用于感测生物材料的微电极材料、超级电容器和致动器。附图说明图1是说明根据本专利技术的使碳纳米管纤维取向的方法的示意图。图2是显示超声波的施加时间与偏振拉曼比之间的关系的图。图3是显示根据实施例和对比实施例的断裂强度的图。具体实施方式本专利技术能够进行各种修改和各种实施方式，并且在附图中示出了特定实施方式，并且将在详细描述中对其进行详细描述。然而，应该理解，本专利技术并不意图受限于特定实施方式，而是包括落入本专利技术的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。在下面的描述中，如果确定可能使本专利技术的主旨模糊，则不详细描述公知的功能或结构。本文所用的术语“聚集体”可与“集合体”互换地描述，并且可理解为表示单个个体的集合。本文所用的术语“引入”可与本文中的“流入”、“注入”互换地描述，并且可理解为意指将液体、气体或热等流入或放于有需要的地方。本说明书中的术语“碳纳米管纤维”是指以纤维形式生长的碳纳米管和以纤维形式熔合的多个碳纳米管。在下文中，将详细描述根据本专利技术实施方式的碳纳米管纤维聚集体的制造方法。本专利技术涉及一种具有改善取向的碳纳米管纤维聚集体的制造方法，包括以下步骤：使碳纳米管纤维聚集体通过施加超声波的水浴；以及以20m/min以下的预定速率回收引入的碳纳米管纤维聚集体。通常，为了改善构成碳纳米管纤维聚集体的碳纳米管的取向，回收步骤以20m/min以上的高回收速率进行。然而，在如此高速的条件下，存在碳纳米管易于断裂的问题。为了解决该问题，本专利技术提供了一种方法，其中回收步骤以20m/min以下的恒定速率进行。例如，回收步骤可以以15m/min以下或12m/min以下的速度进行。回收速度可以是1m/min以上或5m/min以上。根据一个实施方式，施加到碳纳米管纤维聚集体的超声波可以具有1kHz至1MHz，例如，10kHz至100kHz，例如30kHz至50kHz本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管纤维聚集体的制造方法，包括以下步骤：将碳纳米管纤维聚集体引入通过施加超声波的水浴；以及以20m/min以下的速率回收引入的碳纳米管纤维聚集体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.31 KR 10-2016-01433131.一种碳纳米管纤维聚集体的制造方法，包括以下步骤：将碳纳米管纤维聚集体引入通过施加超声波的水浴；以及以20m/min以下的速率回收引入的碳纳米管纤维聚集体。2.根据权利要求1所述的碳纳米管纤维聚集体的制造方法，其中，所述超声波的频率在1kHz至1MHz的范围内。3.根据权利要求1所述的碳纳米管纤维聚集体的制造方法，其中，所述超声波的施加时间为0.001秒至120秒。4.根据权利要求1所述的碳纳米管纤维聚集体的制造方法，其中，随着超声波的施加时间延长，所述碳纳米管纤维聚集体的偏振拉曼比增加。5.根据权利要求4所述的碳纳米管纤维聚集体的制造方法，其中，所述偏振拉曼比是在1560cm-1以上至1600cm-1以下范围内测量的所述碳纳米管纤维聚集体的纵向与垂直方向上的G峰强度的比(IG/IG⊥)。6.根据权利要求4所述的碳纳米管纤维聚集体的制造方法，其中，所述偏振拉曼比是4.1以上及10以下。7.根据权利要求1所述的碳纳米管纤维聚集体的制造方法，其中，所述碳纳米管...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴有镇，金注翰，金知恩，李沅宰，曹炫程，李建弘，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，浦项工科大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR