一种碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法和产品及其应用技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法和产品及其应用，包括，制备碳纳米管纤维；碳纳米管纤维过丙酮致密化处理，其中，采用冰浴降低温度，温度范围为0～20℃；碳纳米管纤维电镀处理，其中，电镀为脉冲电镀，电镀电流为49mA～70mA，电流导通时间为0.5～1S，断开时间为2S，循环次数为100～120次，电流密度范围为0.049～0.07A/cm2。本方法制备出性能优异的碳纳米管金属复合导线，具有轻质、高强、高电导率、高载流能力特点，可以降低变压器的质量，降低变压器的生产成本，提高变压器的寿命，市场需求大，应用范围广。应用范围广。应用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法和产品及其应用


[0001]本专利技术属于新型纳米复合材料领域，具体涉及到一种碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法和产品及其应用。

技术介绍

[0002]自从1991年日本科学家饭岛(lijima)在高分辨率电子显微镜下发现了碳纳米管(CNT)以后，这种具有独特一维纳米结构的新型材料就成为全球各国科学家研究的热点。由于碳纳米管中的碳原子采用SP2轨道杂化以及其独特的一维螺旋结构，使其拥有许多优异的性能，如极高的强度/模量、电导率、载流量、热导率和低密度，为了获得产量高、管径均匀、结构缺陷少、杂质含量低、成本相对低廉和操作方便的制备方法，人们进行了许多研究，并且发现了多种制备的方法。通常，制备CNTs的技术主要有三种，分别是：电弧放电法、激光蒸发法和化学气相沉积法(CVD法)。
[0003]目前，碳纳米管纤维最常见的合成方法为：湿法纺丝法、阵列抽丝法和化学气相沉积法。在这三种合成方法中，湿法纺丝法使用了表面活性剂及含有大量有机高分子的凝固浴，纤维中掺杂了大量有机杂质，制得的碳纳米管纤维的导电及导热性能均较差，不适合作为高导电纤维直接使用或作为基体进一步加工；而阵列抽丝法虽然制得的碳纳米管纤维导电性能优异，但是制备工艺复杂、成本昂贵、生产效率低，所以制备成本高，不适合大规模生产应用；与这两种方法相比，CVD法合成方法简单，产量高，能够规模化生产，而且成本也较低，所以CVD法是现在应用最为广泛的碳纳米管纤维合成方法。
[0004]随着生产力水平的不断提高和对高性能导电材料日益增长的需求，传统金属导电材料已经很难满足要求，无论是铝还是铜，都有强度低、质量重、载流量低、高频信号传输损耗高等缺点。
[0005]因此本领域亟需寻找一种轻质、高导、高强和高载流量的新型材料来代替传统金属导电材料，以满足未来航空航天、光纤电缆、汽车制造及各种移动设备的电子元器件更高水平的发展需求。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0008]因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法，包括，制备碳纳米管纤维；碳纳米管纤维过丙酮致密化处理，其中，采用冰浴降低温度，温度范围为0～20℃；碳纳米管纤维电镀处理，其中，电镀为脉冲电镀，电镀电
流为49mA～70mA，电流导通时间为0.5～1S，断开时间为2S，循环次数为100～120次，电流密度范围为0.049～0.07A/cm2。
[0010]作为本专利技术所述碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述制备碳纳米管纤维，包括，
[0011]采用无基底的注入式气相沉积生长方式，将碳源与催化剂前驱体直接注入反应腔体后，即可在高温反应区实现催化剂颗粒的生成、碳源的热解、碳原子的沉积与碳纳米管的结晶生长系列反应，生成的中空筒状碳纳米管气凝胶，被载流气体吹出反应区后，即可通过溶剂致密及加捻处理直接转变为碳纳米管纤维。
[0012]作为本专利技术所述碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述碳源包括气体碳源、液体碳源和固体碳源，其中，气体碳源为甲烷、乙烯和乙炔中的一种或几种，液体碳源为乙醇、丙酮和苯中的一种或几种，固体碳源为木炭、木屑和草木灰中的一种或几种。
[0013]作为本专利技术所述碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述碳源为分析纯乙醇。
[0014]作为本专利技术所述碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述催化剂为二茂铁和醋酸铜双催化剂，其中，铜铁摩尔比为0.5～2。
[0015]作为本专利技术所述碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述载气是氢气、氩气的混合，混合比例为氢气与氩气体积比为3:0.8～1。
[0016]作为本专利技术所述碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述碳纳米管纤维过丙酮致密化，包括，
[0017]将得到的碳纳米管纤维通过Y型玻璃管导入盛有丙酮的容器中，丙酮将碳纳米管纤维表面残留的有机物和无定形碳洗去，并使碳纳米管纤维收缩变得致密：其中，丙酮温度：0～20℃，纺丝速度：0.8～3.2m/min，得到直径为25～30μm丝。
[0018]本专利技术的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法制得的产品。
[0019]本专利技术的另一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种碳纳米管金属复合导电纤维在制备外表绝缘的漆包线中的应用。
[0020]作为本专利技术所述应用的一种优选方案，其中：所述得到的碳纳米管金属复合导线表面涂漆做成外表绝缘的漆包线，具体流程包括，放线：速度为13.5m/min；退火；涂漆；烘焙；冷却：自然冷却；收线：收线速度为13.5m/min；其中，放线时要控制张力，放线张力要均匀适当；退火采用漆包机上连续退火，退火温度控制再500℃，采用两段控温的方式；烘焙时烘炉纵向温度由低变高再变低，固化去最高温度为550℃，横向温度为直线型，做好保温；将得到的漆包线均匀绕制在变压器的铁芯上。
[0021]本专利技术有益效果：
[0022](1)本方法将CVD法连续制备碳纳米管纤维和采用脉冲电流电镀金属这两个工艺合二为一，简化了生产工艺和步骤、生产效率高；本方法可以根据具体应用对碳纳米管金属复合导线的性能要求和生产成本，灵活地调整碳纳米管纤维镀层金属的种类，控制成本，实现差异化生产。
[0023](2)本方法制备出性能优异的碳纳米管金属复合导线，具有轻质、高强、高电导率、
高载流能力特点，可以降低变压器的质量，降低变压器的生产成本，提高变压器的寿命，市场需求大，应用范围广。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0025]图1为本专利技术实施例中CVD法连续制备碳纳米管纤维结合原位采用脉冲电流电镀铜的工艺流程图；
[0026]图2本专利技术实施例中碳纳米管铜复合导线表面涂漆制备漆包线的工艺流程图；
[0027]图3本专利技术实施例中由碳纳米管铜复合导线制成的漆包线剖面图；
[0028]图4本专利技术实施例中碳纳米管铜复合导线绕制变压器线圈示意图；
[0029]图5本专利技术实施例中CVD法连续制备碳纳米管纤维结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法，其特征在于：包括，制备碳纳米管纤维；碳纳米管纤维过丙酮致密化处理，其中，采用冰浴降低温度，温度范围为0～20℃；碳纳米管纤维电镀处理，其中，电镀为脉冲电镀，电镀电流为49mA～70mA，电流导通时间为0.5～1S，断开时间为2S，循环次数为100～120次，电流密度范围为0.049～0.07A/cm2。2.如权利要求1所述碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法，其特征在于：所述制备碳纳米管纤维，包括，采用无基底的注入式气相沉积生长方式，将碳源与催化剂前驱体直接注入反应腔体后，即可在高温反应区实现催化剂颗粒的生成、碳源的热解、碳原子的沉积与碳纳米管的结晶生长系列反应，生成的中空筒状碳纳米管气凝胶，被载流气体吹出反应区后，即可通过溶剂致密及加捻处理直接转变为碳纳米管纤维。3.如权利要求2所述碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法，其特征在于：所述碳源包括气体碳源、液体碳源和固体碳源，其中，气体碳源为甲烷、乙烯和乙炔中的一种或几种，液体碳源为乙醇、丙酮和苯中的一种或几种，固体碳源为木炭、木屑和草木灰中的一种或几种。4.如权利要求3所述碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法，其特征在于：所述碳源为分析纯乙醇。5.如权利要求2所述碳纳米管金属复合导电纤维的制备方法，其特征在于：所述催化剂为二茂铁和醋酸铜双催...

【专利技术属性】
技术研发人员：周斌，宋远强，李亚利，耿浩，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：