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：在第一基底上形成催化剂层；在保护性气体氛围下，将第一基底升温至600℃～800℃后，通入碳源气体反应，得到碳纳米管阵列，碳源气体包括乙烯和己烷，乙烯与己烷的气体分压比为3:2～4:1；在保护性气体氛围下，对改性物和第一基底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，改性物选自苯乙烯‑丁二烯‑丁烯嵌段共聚物、苯乙烯‑丁烯‑丙烯嵌段共聚物及苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物中的至少一种。上述制备方法得到的改性碳纳米管阵列能够用于制备兼具塑性和防静电性的碳纳米管纤维。

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: forming a catalyst layer on the first substrate; heating the first substrate to 600 ~800 C in a protective gas atmosphere, then reacting with carbon source gas to obtain carbon nanotube arrays. The carbon source gases include ethylene and hexane, and the gas partial pressure ratio of ethylene to hexane is 3:2-4:1; in a protective gas atmosphere, the carbon nanotube arrays are prepared by the reaction of carbon source gases, including ethylene and hexane. Modified carbon nanotube arrays were prepared by grafting reaction of the modifier and the first substrate under ultraviolet irradiation. The modifier was selected from at least one of the styrene-butadiene-butylene block copolymers, styrene-butylene-propylene block copolymers and styrene-butadiene block copolymers. The modified carbon nanotube arrays prepared by the above methods can be used to prepare carbon nanotube fibers with both plasticity and antistatic properties.

【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。然后，传统的纳米纤维的塑性较差，制成的布料容易变形，并且传统的纳米纤维的防静电性能不能满足实际需求，影响布料的性能。
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兼具塑性和防静电性的碳纳米管纤维。此外，还提供一种改性碳纳米管阵列和碳纳米管纤维及其制备方法和应用。一种改性碳纳米管阵列的制备方法，包括如下步骤：在第一基底上形成催化剂层，所述催化剂选自铁、钴及镍中的至少一种；在第一保护性气体氛围下，将形成有所述催化剂层的所述第一基底升温至600℃～800℃后，通入碳源气体反应，在所述第一基底上形成碳纳米管阵列，所述碳源气体包括乙烯和己烷，所述乙烯与所述己烷的气体分压比为3:2～4:1；及在第二保护性气体氛围下，对改性物和形成有所述碳纳米管阵列的所述第一基底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，所述改性物选自苯乙烯-丁二烯-丁烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁烯-丙烯嵌段共聚物及苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种。上述改性碳纳米管阵列的制备方法，通过将碳源气体与催化剂于600℃～800℃反应，碳源气体包括乙烯和己烷，乙烯与己烷的气体分压比为3:2～4:1，催化剂选自铁、钴及镍中的至少一种，能够得到具有较低电阻率的碳纳米管阵列，以能够用于制备具有较好防静电性能的碳纳米管纤维；通过紫外光照射使得改性物接枝于碳纳米管阵列上，改性物选自苯乙烯-丁二烯-丁烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁烯-丙烯嵌段共聚物及苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种，以得到具有较高塑性的改性碳纳米管阵列，进而能够用于制备具有较高塑性的碳纳米管纤维。经试验验证，采用上述方法制备的改性碳纳米管阵列制成的碳纳米管纤维的塑性应变率为25％～31％，电阻率为2.06×10-5Ω·m～2.94×10-5Ω·m，兼具较优的塑性和较好的防静电性。在其中一个实施例中，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，所述改性物的重均分子量为15000～32000。在其中一个实施例中，所述苯乙烯-丁二烯-丁烯嵌段共聚物中，所述苯乙烯链段、所述丁二烯链段与所述丁烯链段的摩尔比为1：3：7～1：3：3；及/或，所述苯乙烯-丁烯-丙烯嵌段共聚物中，所述苯乙烯链段、所述丁烯链段与所述丙烯链段的摩尔比为1：1：1～3：1：1；及/或，所述苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中，所述苯乙烯链段与所述丁二烯链段的摩尔比为0.8：1～1.13：1。在其中一个实施例中，所述改性物由苯乙烯-丁二烯-丁烯嵌段共聚物及苯乙烯-丁烯-丙烯嵌段共聚物组成，所述苯乙烯-丁二烯-丁烯嵌段共聚物及所述苯乙烯-丁烯-丙烯嵌段共聚物的摩尔比为0.8：1～1.13：1。在其中一个实施例中，所述在第二保护性气体氛围下，对改性物和形成有所述碳纳米管阵列的所述第一基底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；在所述第二保护性气体氛围下，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塑性和电导率，能够用于制作具有较好伸缩性和防静电的布料。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制成一根再进行纺织。具体地，该碳纳米管纤维的制备方法包括如下步骤S110～S140：S110、在第一基底上形成催化剂层，催化剂选自钴及镍中的至少一种。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沉积形成催化剂层。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，催化剂层的材料由钴和镍组成，且钴与镍的质量比为0.6:1～1.4:1。可选地，催化剂层的材料由钴和镍组成，且钴与镍的质量比为1:1。在其中一个实施例中，催化剂层的厚度为20nm～23nm。在其中一个实施例中，第一基底为氧化铝板。第一基底的主要作用在于对承载催化剂。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，在第一工作面沉积形成催化剂层。S120、在第一保护性气体氛围下，将形成有催化剂层的第一基底升温至600℃～800℃后，通入碳源气体反应，得到碳纳米管阵列。碳源气体包括乙烯和己烷，乙烯与己烷的气体分压比为3:2～4:1。通过将碳源气体与催化剂于600℃～800℃，碳源气体包括乙烯和己烷，乙烯与己烷的气体分压比为3:2～4:1，催化剂选自钴及镍中的至少一种，能够得到具有较低电阻率的碳纳米管阵列，以能够用于制备具有较好防静电性能的碳纳米管纤维。具体地，将形成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600℃～800℃，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。在其中一个实施例中，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透气性的碳纳米管纤维。在其中一个实施例中，第一保护性气体选自氮气、氢气、氩气和氦气中的至少一种。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。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。S130、在第二保护性气体氛围下，对改性物和形成有碳纳米管阵列的第一基底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。改性物选自苯乙烯-丁二烯-丁烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁烯-丙烯嵌段共聚物及苯乙烯-丁二本文档来自技高网...

【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：在第一基底上形成催化剂层，所述催化剂选自铁、钴及镍中的至少一种；在第一保护性气体氛围下，将形成有所述催化剂层的所述第一基底升温至600℃～800℃后，通入碳源气体反应，在所述第一基底上形成碳纳米管阵列，所述碳源气体包括乙烯和己烷，所述乙烯与所述己烷的气体分压比为3:2～4:1；及在第二保护性气体氛围下，对改性物和形成有所述碳纳米管阵列的所述第一基底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，所述改性物选自苯乙烯‑丁二烯‑丁烯嵌段共聚物、苯乙烯‑丁烯‑丙烯嵌段共聚物及苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物中的至少一种。

【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：在第一基底上形成催化剂层，所述催化剂选自铁、钴及镍中的至少一种；在第一保护性气体氛围下，将形成有所述催化剂层的所述第一基底升温至600℃～800℃后，通入碳源气体反应，在所述第一基底上形成碳纳米管阵列，所述碳源气体包括乙烯和己烷，所述乙烯与所述己烷的气体分压比为3:2～4:1；及在第二保护性气体氛围下，对改性物和形成有所述碳纳米管阵列的所述第一基底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，所述改性物选自苯乙烯-丁二烯-丁烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁烯-丙烯嵌段共聚物及苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种。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。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，所述改性物的重均分子量为10000～32000。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，所述苯乙烯-丁二烯-丁烯嵌段共聚物中，所述苯乙烯链段、所述丁二烯链段与所述丁烯链段的摩尔比为1：3：7～1：3：3；及/或，所述苯乙烯-丁烯-丙烯嵌段共聚物中，所述苯乙烯链段、所述丁烯链段与所述丙烯链段的摩尔比为...

【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