一种在金属丝上包裹碳纳米材料的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属丝涂覆技术，特别涉及到一种在金属丝上包裹碳纳材料的装置。
【背景技术】
[0002]碳纳米管和石墨烯以其独特的晶体结构，使其具有载流子迀移率高、比表面积大、金属或半导体性、量子霍尔效应、机械强度和弹性高等性能，这些优异的性能使得其在各种领域有着广泛的应用，如场发射领域、传感器领域、电化学领域、燃料电池的催化剂。虽然碳纳米管和石墨烯的纳米结构性能突出，但作为涂层时仍面临者难加工、加工成本高和性能难保持等突出问题。尤其对金属丝进行包裹时，传统的喷涂工艺造成了大量的原材料损失，且生产效率低。为此，已有多个研宄单位展开了在金属丝上包裹碳纳米管和石墨烯方面的研宄。2012年中国科学院上海硅酸盐研宄所是以金属线或金属丝作为催化剂模板通过化学气相沉积法使碳源在所述金属线的外表面直接生成石墨烯覆层而形成的石墨烯/金属线或金属丝复合结构(公开号:CN102560415A)。这种方法需要在700°C以上高温下进行，石墨烯的催化生长对金属线的种类有要求，石墨烯层的厚度受生长机制影响也无法进行宽范围的调控。2012年济南大学研发出在金属丝载体上制备层层自组装石墨烯涂层固相微萃取纤维的方法，金属丝作为载体，对其表面进行化学镀银，再采用层层自组装的方法，以金纳米颗粒作为连接臂，将巯基功能化石墨烯逐层自组装到镀银金属丝上(公开号:CN102553553A)。这种方法需要用其它纳米粒子或有机分子进行连接，步骤复杂；且石墨烯层之间被隔开，弱化了层间作用力。清华大学研宄组利用电化学沉积在金属线上沉积了石墨稀用于超级电容器电极(Chemical Communicat1ns, 2013，49，291)。电化学沉积能耗大，所沉积的石墨烯非层状堆叠排列，粘附力差。此外，在制备碳纳米管和石墨烯纤维的同时，利用捻合方法可以把碳纳米管和石墨烯包裹在金属丝上(Naturecommunicat1ns, 2014，4:1970 ；ACS Nano, 2014，8，4571)。发明人提出了在常温下利用毛细原理形成碳纳米包覆金属丝的新方法，依据毛细原理，外加蒸发干燥，所制备的碳纳米材料包裹的金属丝在电磁屏蔽、导电电缆、柔性电子器件、智能纺织品、太阳能器件、储能电池、线型超级电容器等领域有着广泛的应用前景。
[0003]本实用新型提供了一种在常温下通过毛细原理形成碳纳米包覆金属丝的装置。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种在金属丝上包裹碳纳米材料的装置，一种在金属丝上包裹碳纳米材料的装置，其特征在于，该装置包括:不锈钢金属棒(I)，不锈钢圆盘(2)，载物平台⑶，腔体(4)，电机(5)，导线(6)，轴(10)，包括速度显示屏⑶和速度控制按钮(9)的速度控制系统(7);不锈钢棒(I)垂直固定在不锈钢圆盘(2)上，不锈钢圆盘(2)的轴
(10)与电机(5)连接，速度控制系统(7)通过导线(6)与电机(5)相连，不锈钢圆盘(2)的轴(10)垂直于腔体(4)并可沿腔体(4)轴向移动，载物平台(3)与腔体(4)垂直，含碳纳米材料的悬浮液放置在载物平台(3)上。
[0005]有益效果:
[0006]1、本实用新型提供了制备碳纳米包裹金属材料的装置，该装置操作简单、快捷、安全。
[0007]2、本实用新型装置通过利用毛细原理外加蒸发干燥，实现常温下在金属丝上安全组装碳纳米材料的目的且组装时间极短，操作起来方便快捷，成本低廉，利于大规模生产。
【附图说明】
[0008]图1为本实用新型装置的结构示意图；
[0009]标识说明:1_不锈钢金属棒；2_不锈钢圆盘；3_载物平台；4-腔体；5_电机；6-导线；7_速度控制系统；8_速度显不屏；9_速度控制按钮；10_轴。
[0010]图2为原始Ni丝的扫描电子显微镜图。
[0011]图3为通过该装置组装氧化石墨烯Ni丝扫描电子显微镜图。
【具体实施方式】
[0012]本实用新型提出了一种在金属丝上包裹碳纳米材料的装置，该装置操作简便:
[0013]把金属丝表面清洗干净，整齐排列好并捆绑在一起(超长的金属丝，可以通过线圈方式进行捆绑)，缠绕在该装置的不锈钢金属棒①上，然后浸渍到放置在载物平台③上的碳纳米管悬浮液中，通过速度控制系统⑦调节转速使不锈钢圆盘②在碳纳米管悬浮液中匀速转动，蒸发干燥后，并可重复多次，再将整齐排列好并捆绑在一起的金属丝分开即可得到碳纳米管包裹的金属丝。
[0014]该装置操作步骤简单:
[0015](I)选取N(N>2，且为整数)段等长度的镍金属丝，洗净，缠绕在该装置不锈钢金属棒I上；
[0016](2)将制备好的碳纳米材料悬浮液，放置在载物平台3上；
[0017](3)将与不锈钢金属棒I垂直的不锈钢圆盘2的轴10沿着腔体4向下移动，直至绕有金属丝的不锈钢金属棒I完全浸渍入碳纳米悬浮液中；
[0018](4)调解速度控制系统7上的速度控制按钮9使不锈钢圆盘2在碳纳米管悬浮液中匀速转动；
[0019](5)不锈钢圆盘2匀速旋转数分钟，然后取出在1_200°C下烘干；
[0020](6)通过该装置重复上述步骤，将捆绑好的金属丝分开，制备出高导电的多壁碳纳米管包裹后的镍金属丝。
[0021 ] 该装置包覆碳纳米材料效果显著:
[0022]图2提供了在镍丝基体材料的扫描电子显微镜图片，图3是镍丝在组装碳纳米材料后的扫描电子显微镜图片。从对比可以看出，该装置实现了在常温下通过毛细原理形成了碳纳米材料包覆的金属丝。
【主权项】
1.一种在金属丝上包裹碳纳米材料的装置，其特征在于，该装置包括:不锈钢金属棒(I)，不锈钢圆盘(2)，载物平台(3)，腔体(4)，电机(5)，导线(6)，轴(10)，包括速度显示屏(8)和速度控制按钮(9)的速度控制系统(7);不锈钢棒(I)垂直固定在不锈钢圆盘(2)上，不锈钢圆盘⑵的轴(10)与电机(5)连接，速度控制系统(7)通过导线(6)与电机(5)相连，不锈钢圆盘⑵的轴(10)垂直于腔体⑷并可沿腔体⑷轴向移动，载物平台(3)与腔体(4)垂直，含碳纳米材料的悬浮液放置在载物平台(3)上。
【专利摘要】本实用新型公开了一种在金属丝上包裹碳纳米材料的装置。该装置操作简单：把金属丝整齐排列好并捆绑在一起形成毛细管固定在装置的相应部位，然后将捆绑好的金属丝浸渍到装置载物平台上含碳纳米材料的悬浮液中，匀速转动，取出后再通过蒸发干燥，并可重复这一操作，再将捆绑到一起的金属丝分开即可在常温下利用毛细原理得到碳纳米材料包裹的金属丝。该装置通过简单操作在常温下实现在金属丝上包裹碳纳米材料，易于工业化生产。
【IPC分类】C23C24-00
【公开号】CN204490995
【申请号】CN201520118368
【发明人】马延文, 张自强, 李谊, 冯晓苗, 周伟欣, 陈剑宇, 朱国银, 李雪, 濮丹凤
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年2月27日