用于制备碳纳米管纤维的方法和由此制备的碳纳米管纤维技术

本发明专利技术涉及用于制备碳纳米管纤维的方法和由此制备的碳纳米管纤维，所述方法包括：在催化剂和催化活化剂的存在下由碳源制备碳纳米管聚集体(S1)；使所述碳纳米管聚集体与氧化石墨烯接触(S2)；以及使与所述氧化石墨烯接触的所述碳纳米管聚集体纤维化(S3)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制备碳纳米管纤维的方法和由此制备的碳纳米管纤维
相关申请的交叉引用本申请要求于2017年2月3日提交的韩国专利申请第10-2017-0015343号的优先权和权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本专利技术涉及用于制备能够增强拉伸强度的碳纳米管纤维的方法和由此制备的碳纳米管纤维。
技术介绍
碳纳米管(CNT)是碳的同素异形体，并且是直径为数纳米至数十纳米且长度为数百微米至数毫米的材料。自从1991年Iijima博士在Nature杂志上报道了这样的碳纳米管，由于优异的热特性、电特性和物理特性以及高的纵横比，已经在各个领域中对这些材料进行了研究。碳纳米管的固有特性起因于碳原子的sp2杂化，并且碳纳米管比铁更强，比铝更轻，并且表现出与金属类似的导电性。根据纳米管的壁数，碳纳米管主要分类为单壁碳纳米管(SWNT)，双壁碳纳米管(DWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)，并且根据不对称/旋转角度(手性)分为锯齿形结构、扶手椅形结构和手性结构。迄今为止，通常进行的大多数研究是分散粉末型碳纳米管以用作复合材料的增强剂，或者使用碳纳米管分散溶液制备透明导电膜，并且碳纳米管已经在一些领域商业化。然而，为了在复合材料和透明导电膜中使用碳纳米管，碳纳米管的分散是重要的，但是由于通过碳纳米管的强范德华力产生的内聚力，碳纳米管在高浓度下不易分散并且不易保持分散性。另外，在使用碳纳米管作为增强材料的复合材料的情况下，难以充分表现碳纳米管的优异特性。因此，近年来，已经进行了各种各样的用于制备碳纳米管纤维的研究以制造充分表现碳纳米管的特性的碳纳米管结构。在用于使碳纳米管纤维化的方法中，直接纺丝是如下获得纤维的方法：将气相或液相碳源、催化剂和促进剂前体与载气一起注入垂直站立式高温加热炉的上部入口以在加热炉中合成碳纳米管，并且在加热炉内部或外部卷绕在加热炉中和载气一起流下的碳纳米管聚集体。在通过上述方法制备的碳纳米管纤维的情况下，作为碳纳米管纤维的组分的碳纳米管聚集体之间没有直接相互作用。因此，当向所述碳纳米管纤维施加张力时，碳纳米管聚集体滑动，从而使纤维破裂。因此，为了增强碳纳米管纤维的拉伸强度，正在进行在碳纳米管聚集体之间形成特定键的研究。
技术实现思路
技术问题本专利技术提供了一种用于制备能够增强拉伸强度的碳纳米管纤维的方法和由此制备的碳纳米管。技术方案为了解决上述问题，本专利技术提供了用于制备碳纳米管纤维的方法，其包括：在催化剂和催化活化剂的存在下由碳源制备碳纳米管聚集体(S1)；使碳纳米管聚集体与氧化石墨烯接触(S2)；以及使与氧化石墨烯接触的碳纳米管聚集体纤维化(S3)。此外，本专利技术提供了通过用于制备碳纳米管纤维的方法制备的碳纳米管。有益效果根据本专利技术的用于制备碳纳米管纤维的方法，由于在制备碳纳米管纤维的过程中使碳纳米管与氧化石墨烯接触，所以氧化石墨烯不仅可以存在于碳纳米管纤维的表面上，而且可以容易地渗透到构成碳纳米管纤维的碳纳米管内部。因此，构成碳纳米管纤维的每根碳纳米管的拉伸强度增强，碳纳米管之间的结合力由于存在于碳纳米管表面上的氧化石墨烯而增加，并因此作为最终产品的碳纳米管纤维的拉伸强度可以显著增强。此外，由于制备碳纳米管聚集体和与氧化石墨烯接触的连续过程可以使用常规的用于制备碳纳米管纤维的设备来实现而不需要单独的设备和另外的过程，因此制备时间减少，并且该过程容易进行。附图说明图1是进行根据本专利技术的一个示例性实施方案的用于制备碳纳米管纤维的方法的用于制备碳纳米管纤维的设备的示意图。具体实施方式在下文中，将更详细地描述本专利技术以帮助理解本专利技术。说明书和权利要求中使用的术语和词语不应被解释为限于常规或字面含义，而应基于本专利技术人已经适当地定义术语的概念以便以最佳方式描述本专利技术的原则，用与本专利技术的技术范围一致的含义和概念进行解释。同时，在根据本专利技术的一个示例性实施方案的用于制备碳纳米管纤维的方法中使用的制备设备可以是可以在本专利技术的领域中使用的任何设备而没有特别限制，并且将参照图1描述实例以帮助理解本专利技术。参照图1，在本专利技术的用于制备碳纳米管纤维的方法中使用的制备设备1可以包括：包括反应区12的反应器10、位于反应器10上部的入口11、用于加热反应器10的加热装置13、位于反应器10下部并且用于排出碳纳米管的水容器14、和位于反应器10下部并且用于排出未反应气体的出口15。另外，可以包括位于水容器14中并且便于碳纳米管回收的卷绕装置141。根据本专利技术的一个示例性实施方案的用于制备碳纳米管纤维的方法包括在催化剂和催化活化剂的存在下由碳源制备碳纳米管聚集体(S1)。步骤S1可以在反应器10中的反应区12中进行。具体地，可以将催化剂和催化活化剂注入反应区12中，并且可以通过入口11将气态(在下文中称为“气相”)碳源或气相碳源以及还原气体(例如氢气等)和载气(例如氮气等)的混合气体在至少为气相碳源的热解温度且至多为催化剂的熔化温度的温度下注入反应器中。碳纳米管可以由注入的气相碳源制备。具体地，可以通过经由气相碳源的分解通过化学气相合成来生长碳纳米管聚集体而制备碳纳米管聚集体。通过这样的化学气相合成制备的碳纳米管聚集体具有几乎平行于管轴的生长方向，并且具有石墨结构在管长度方向上的高结晶度。因此，单元体具有较小的直径，并且导电性和强度高。此外，化学气相合成可以在1000℃或更高温度，并且具体地1000℃至1500℃，并且更具体地1100℃至1300℃下进行。为了满足上述温度，可以通过加热装置13升高反应区12的温度。当满足上述温度时，可以增加碳纳米管聚集体的生长速率，并且可以增强碳纳米管聚集体的结晶度和强度。另外，催化剂可以是可以用于制备碳纳米管聚集体的任何催化剂而没有特别限制，并且可以为选自以下的一者或更多者：含二茂铁的茂金属、铁、镍、钴、铂、钌、钼、钒及其氧化物。催化活化剂可以是可以用于制备碳纳米管聚集体的任何活化剂而没有特别限制，并且可以为硫(S)或噻吩(C4H4S)。作为碳源，可以使用可以提供碳并且在300℃或更高温度下以气相存在的任一者而没有特别限制。具体地，碳源可以是具有6个碳原子或更少碳原子的基于碳的化合物，并且更具体地，可以为选自以下的一者或更多者：一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙醇、乙炔、丙烷、丙烯、丁烷、丁二烯、戊烷、戊烯、环戊二烯、己烷、环己烷、苯和甲苯。根据本专利技术的一个示例性实施方案的用于制备碳纳米管纤维的方法包括使碳纳米管聚集体与氧化石墨烯接触(S2)。具体地，步骤S2中制备的碳纳米管聚集体可以通过包含其中分散有氧化石墨烯的分散溶液的水容器14以将碳纳米管聚集体与还原气体和载气分离并允许碳纳米管聚集体与氧化石墨烯接触而排出到外部。更具体地，紧接在制备碳纳米管聚集体之后，即，在构成碳纳米管聚集体的每根碳纳米管的内部变得密实之前，可以使碳纳米管聚集体与氧化石墨烯接触。因此，氧化石墨烯可以渗透通过的大孔可以存在于碳纳米管中，并且氧化石墨烯可以容易地渗透到存在于每根碳纳米管中的孔中并且可以保留在其中。因此，可以显著增强构成碳纳米管纤维的每个碳纳米管聚集体的拉伸强度。另外，由于氧化石墨烯可以容易地渗透到构成碳纳米管聚集体的各碳纳米管聚集体之间，因此氧化石墨烯可以存在于每个碳纳米管聚集体的表面上。由于氧化石墨烯，可以增加碳纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备碳纳米管纤维的方法，包括：在催化剂和催化活化剂的存在下由碳源制备碳纳米管聚集体(S1)；使所述碳纳米管聚集体与氧化石墨烯接触(S2)；以及使与所述氧化石墨烯接触的所述碳纳米管聚集体纤维化(S3)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.03 KR 10-2017-00153431.一种用于制备碳纳米管纤维的方法，包括：在催化剂和催化活化剂的存在下由碳源制备碳纳米管聚集体(S1)；使所述碳纳米管聚集体与氧化石墨烯接触(S2)；以及使与所述氧化石墨烯接触的所述碳纳米管聚集体纤维化(S3)。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤S2通过使所述碳纳米管聚集体通过其中分散有所述氧化石墨烯的分散溶液来进行。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述氧化石墨烯的平均颗粒尺寸为10nm至1000...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴有镇，金知恩，李美真，李在宖，金注翰，权元锺，李沅宰，李振圭，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR