一种取向螺旋碳纳米管纤维及其制备方法和用途.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102704041A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102704041A(43)申请公布日2012.10.03(21)申请号201210157389.1(22)申请日2012.05.21(71)申请人复旦大学地址200433上海市杨浦区邯郸路220号(72)发明人彭慧胜郭文瀚刘超(74)专利代理机构上海正旦专利代理有限公司31200代理人陆飞盛志范(51)Int.Cl.D01F9/127(2006.01)D01F11/14(2006.01)D01D5/18(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图33页(54)发明名称一种取向螺旋碳纳米管纤维及其制备方法和用途(57)摘要本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种取向螺旋碳纳米管纤维及其制备方法和用途。本发明在管式炉中，以Si/SiO2/Al2O3/Fe为合成催化剂，以乙烯为碳源，氩气和氢气为载气，合成高度取向的碳纳米管阵列；从碳纳米管阵列中拉出碳纳米管带，以带有尖头探针的纺锤将所拉出的碳纳米管带连接起来后匀速旋转纺出纤维，再用乙醇处理，得到取向螺旋碳纳米管纤维。由本发明得到的碳纳米管纤维具有很高的机械强度和电导率。将该材料与多种具有导电特性的材料及结构组合，可应用于制造人造肌肉、电动马达及药物释放载体等。CN10274ACN102704041A权利要求书1/1页1.一种取向螺旋碳纳米管纤维的制备方法，其特征在于具体步骤为：(1)合成可用于纺丝的碳纳米管阵列以Si/SiO2/Al2O3/Fe为合成催化剂，其中，SiO2为基底，Al2O3为缓冲层，厚度为10-30nm，Fe厚度为0.5-1.5nm，以电子束蒸发镀膜仪在硅片上沉积制备获得；在管式炉中，以乙烯为碳源，氩气和氢气为载气，在上述催化剂上合成高度取向的碳纳米管阵列，其中，乙烯流量为190-290sccm，氩气流量为400-620sccm，氢气流量为20-48sccm，合成时间为5-100min，得到可纺丝的碳纳米管阵列；(2)合成取向螺旋碳纳米管纤维从步骤（1）得到的碳纳米管阵列中拉出碳纳米管带，以带有尖头探针的纺锤将所拉出的碳纳米管带连接起来后匀速旋转纺出纤维，再用乙醇处理，得到取向螺旋碳纳米管纤维，其中，纺丝转速为100-8000r/min，拉出速度为0.5-5cm/s，单根碳管纤维拉出长度为1cm-100m。2.由权利要求1所述的制备方法得到的取向螺旋碳纳米管纤维，其特征在于：纤维中的碳纳米管高度有序排列，纤维螺旋为0-60度，纤维直径为16-20um。3.如权利要求2所述的取向螺旋碳纳米管纤维在制造人造肌肉中的应用。4.如权利要求2所述的取向螺旋碳纳米管纤维在制造电动马达中的应用。5.如权利要求2所述的取向螺旋碳纳米管纤维作为药物释放载体的应用。2CN102704041A说明书1/4页一种取向螺旋碳纳米管纤维及其制备方法和用途技术领域[0001]本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种取向螺旋碳纳米管纤维及其制备方法和用途。背景技术[0002]碳纳米管具有新奇的结构和出色的性能，例如它非常轻，具有非常大的比表面积，优异的电学性能，同时也是目前发现强度最大的人造材料。为了更方便的使用碳纳米管，人们把碳纳米管纺成连续的宏观的碳纳米管纤维。这种纤维由取向的、螺旋排列的碳纳米管组成，具有很高的力学强度和很高的电导率，故而碳纳米管纤维具有广泛的应用前景。例如，其可以作为电极应用在染料敏化太阳能电池上，也可以和共轭高分子复合，作为一种对电流敏感的变色材料使用。[0003]多年来，人们对能够直接把电能转化为机械能的材料进行了广泛研究，例如铁电材料，导电高分子和高分子凝胶。但是这些材料都有一定的局限性，例如往往需要很高的电压电场、循环寿命比较低、能量密度比较低、需要在特定的介质中使用、不能产生旋转力等等。因此，人们开始研究能够在各种介质中长期使用的材料，或者电能直接转换为转动机械能的材料。发明内容[0004]本发明目的是为了解决现有将电能转化为机械能材料，存在的需要很高的电压电场、循环寿命比较低，能量密度比较低、需要在特定的介质中使用、不能产生旋转力等问题，提供一种具有很高的机械强度和电导率的取向螺旋碳纳米管纤维及其制备方法及和用途。[0005]为了实现发明目的，本发明公开了一种取向螺旋碳纳米管纤维的制备方法，具体步骤为：(1)合成可用于纺丝的碳纳米管阵列以Si/SiO2/Al2O3/Fe为合成催化剂，其中，SiO2为基底，中间Al2O3为缓冲层，厚度为10-30nm，Fe厚度为0.5-1.5nm，以电子束蒸发镀膜仪在硅片上沉积制备获得；在管式炉中，以乙烯为碳源，氩气和氢气为载气，在上述催化剂基底上合成高度取向的碳纳米管阵列，其中，控制乙烯流量为190-2