一种碳纳米管高密度取向排列方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管高密度取向排列方法，包括：采用浮动催化法制备碳纳米管扁带；将碳纳米管扁带的两端分别架设于第一绕线轴、第二绕线轴；将架设后的碳纳米管扁带的部分压入含磺酸根溶液中，对碳纳米管扁带进行处理，其中，含磺酸根溶液不包括氯磺酸。该碳纳米管高密度取向排列方法的目的是解决如何在不破坏碳纳米管结构且不使用表面活性剂或其它添加剂的同时令碳纳米管高密度地取向排列的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管高密度取向排列方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料
，具体涉及一种碳纳米管高密度取向排列方法。

技术介绍

[0002]碳纳米管被认为是复合材料、吸波材料的理想增强体，碳纳米管的性能在沿轴向方向上表现最好，要实现碳纳米管对复合材料的有效增强，或介电性能的优化，必须将碳纳米管取向排列，目前对碳纳米管进行取向排列的方法有液相法与阵列法。
[0003]基于溶液的碳纳米管取向排列方法，需要首先通过表面活性剂或小芳香分子、大环共轭物、无机酸的物理吸附或化学修饰来实现碳纳米管的分散及分离，然后结合各种物理、化学方法实现其水平取向排列。目前使用的酸有盐酸、硝酸、硫酸、氯磺酸。
[0004]阵列法是在基板上沉积催化剂颗粒，之后以CVD法生长碳纳米管，再通过机械力将碳纳米管拉出取向的技术。阵列法所取向排列的碳纳米管密度与液相法相似，但是基板尺寸有限制，步骤多，成本较高，应用有限制。
[0005]目前碳纳米管高密度取向排列还存在以下问题：1.盐酸、硝酸、硫酸、氯磺酸处理碳纳米管会导致碳管结构受损，性能损失严重；2.无论以任何方式处理、液相法能处理的碳管在单位宽度内的密度有限，很难超过200根/cm；3.受催化剂数量限制，阵列法能处理的碳管密度也很难超过200根/cm。因此，目前要解决的技术问题是如何在不破坏碳纳米管结构且不使用表面活性剂或其它添加剂的同时令碳纳米管高密度地取向排列。
[0006]因此，专利技术人提供了一种碳纳米管高密度取向排列方法。

技术实现思路

[0007](1)要解决的技术问题
[0008]本专利技术实施例提供了一种碳纳米管高密度取向排列方法，解决了如何在不破坏碳纳米管结构且不使用表面活性剂或其它添加剂的同时令碳纳米管高密度地取向排列的技术问题。
[0009](2)技术方案
[0010]本专利技术提供了一种碳纳米管高密度取向排列方法，包括以下步骤：
[0011]采用浮动催化法制备碳纳米管扁带；
[0012]将所述碳纳米管扁带的两端分别架设于第一绕线轴、第二绕线轴；
[0013]将架设后的碳纳米管扁带的部分压入含磺酸根溶液中，对所述碳纳米管扁带进行处理，其中，所述含磺酸根溶液不包括氯磺酸。
[0014]进一步地，所述碳纳米管扁带为多孔网络状结构。
[0015]进一步地，所述多孔网络状结构的孔隙是开放孔结构，且为由搭接的管束或碳管包围而成的不规则形状。
[0016]进一步地，所述将所述碳纳米管扁带的两端分别架设于第一绕线轴、第二绕线轴，具体为：
[0017]所述碳纳米管扁带的两端分别缠绕于所述第一绕线轴、所述第二绕线轴，且缠绕长度均大于1cm。
[0018]进一步地，所述碳纳米管扁带压入所述含磺酸根溶液中的深度为1～10cm。
[0019]进一步地，所述对所述碳纳米管扁带进行处理，具体为：
[0020]所述碳纳米管扁带自所述第一绕线轴至所述第二绕线轴移动；
[0021]其中，移动中的所述碳纳米管扁带始终有一部分长度完全浸泡入所述磺酸根溶液中，浸泡长度大于1cm。
[0022]进一步地，所述第一绕线轴、所述第二绕线轴的转动速度均包括释放速度和收集速度，且所述收集速度大于或等于所述释放速度。
[0023]进一步地，当所述收集速度等于所述释放速度时，转动速度的范围为0.5～200m/min。
[0024]进一步地，当所述收集速度大于所述释放速度时，转动速度的范围为0.5～200m/min，且速度差小于或等于1m/min。
[0025]进一步地，所述含磺酸根溶液为磺酸、氨基磺酸、十二烷基苯磺酸钠及十二烷基磺酸钠中的任一种。
[0026](3)有益效果
[0027]综上，本专利技术通过含磺酸根溶液处理窄带，磺酸根在碳管表面引入负离子，产生碳管之间的斥力，将碳管网络部分打散，打散的网络受到收集轴的拉力被拉直，从而实现取向，取向数量较传统方法增加2500倍以上。避免了盐酸、硝酸、硫酸、氯磺酸引发的碳管结构受损，也避免了因表面活性剂和添加剂不易清洗、不导电而导致导电性能下降的问题。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是本专利技术实施例提供的一种碳纳米管高密度取向排列方法的流程示意图；
[0030]图2是本专利技术实施例提供的一种碳纳米管高密度取向排列方法处理前后的拉曼光谱图；
[0031]图3是本专利技术实施例提供的一种碳纳米管高密度取向排列方法处理前后的SEM图；
[0032]图4是本专利技术实施例提供的一种碳纳米管高密度取向排列方法处理过程示意图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
[0034]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0035]图1是本专利技术实施例提供的一种碳纳米管高密度取向排列方法的流程示意图，该方法可以包括以下步骤：
[0036]S100、采用浮动催化法制备碳纳米管扁带；
[0037]S200、将碳纳米管扁带的两端分别架设于第一绕线轴、第二绕线轴；
[0038]S300、将架设后的碳纳米管扁带的部分压入含磺酸根溶液中，对碳纳米管扁带进行处理，其中，含磺酸根溶液不包括氯磺酸。
[0039]在上述实施方式中，利用磺酸根的碳纳米管连续取向方法，不需要盐酸、硝酸、硫酸、氯磺酸，对碳纳米管结构无损伤，不需要表面活性剂或添加剂，可达到高密度取向。此外，还可以连续生产。
[0040]1.孔隙率
[0041]孔隙率计算方法：其中ρ
b
是扁带体积密度，ρ
CNT
是密堆碳纳米管密度(1.2g/cm3)。处理前后扁带的密度分别为0.26g/cm3和0.81g/cm3，计算得处理前扁带孔隙率78.3％，处理后为32.5％。
[0042]2.取向度
[0043]如图2所示，用拉曼光谱的2D峰的峰值差异表示碳纳米管的取向度，处理前扁带2D相对峰强为0.3070(图中的B曲线)，处理后前扁带2D相对峰强为0.4064(图中的A曲线)，处理使碳管取向增加了32.4％。
[0044]3.单位宽度内碳纳米管排列数量
[0045]碳纳米管的直径为10nm，并由TEM(Transmission Electron Microscope，透射电子显微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管高密度取向排列方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：采用浮动催化法制备碳纳米管扁带；将所述碳纳米管扁带的两端分别架设于第一绕线轴、第二绕线轴；将架设后的碳纳米管扁带的部分压入含磺酸根溶液中，对所述碳纳米管扁带进行处理，其中，所述含磺酸根溶液不包括氯磺酸。2.根据权利要求1所述的碳纳米管高密度取向排列方法，其特征在于，所述碳纳米管扁带为多孔网络状结构。3.根据权利要求2所述的碳纳米管高密度取向排列方法，其特征在于，所述多孔网络状结构的孔隙是开放孔结构，且为由搭接的管束或碳管包围而成的不规则形状。4.根据权利要求1所述的碳纳米管高密度取向排列方法，其特征在于，所述将所述碳纳米管扁带的两端分别架设于第一绕线轴、第二绕线轴，具体为：所述碳纳米管扁带的两端分别缠绕于所述第一绕线轴、所述第二绕线轴，且缠绕长度均大于1cm。5.根据权利要求1所述的碳纳米管高密度取向排列方法，其特征在于，所述碳纳米管扁带压入所述含磺酸根溶液中的深度为1～10cm。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨名，魏琪，韦国科，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：