微纳米材料的宏观聚集体的制备装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其包括：一容器，用于盛放微纳米单元分散液，该微纳米单元分散液包括溶剂以及微纳米单元；一施压装置；以及一渐缩管道，所述渐缩管道内径沿着该渐缩管道的延伸方向逐渐变小，且所述渐缩管道的管壁上具有多个开孔；该微纳米单元分散液在压力下从所述渐缩管道的入口向出口方向流动；所述渐缩管道对其内部流动的微纳米单元分散液形成一剪切流场，从而使该流动的微纳米单元分散液中的微纳米单元在该剪切流场作用下沿着流动方向有序排布；且所述渐缩管道还可以在该微纳米单元沿着流动方向有序排布后，在该该微纳米单元分散液剪切流动的同时逐渐去除该该微纳米单元分散液的溶剂。
【专利说明】
微纳米材料的宏观聚集体的制备装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于微纳米技术领域，尤其涉及一种微纳米材料的宏观聚集体的制备 方法和制备装置。
【背景技术】
[0002] 石墨烯、碳纳米管等微纳米材料的宏观聚集体中基本的结构单元通常是微米尺度 的sp2碳结构。这一微观织构特征决定了组装材料在受力时需通过微纳米结构间相互作用 传递载荷。研究表明，微纳米结构的有序排布可以帮助层间的载荷的传递。但是，目前的抽 滤、纺丝等加工技术无法获得微纳米材料的高度有序、致密的宏观聚集体，其组装体微观结 构松散，结构决定性能，所以获得的材料性能与理想情况差距较大。
[0003] 大自然中，蜘蛛吐出的丝具有极强的韧性和强度，是已知的性能最优异的材料之 一，其组成的微观单元高度有序排布。蜘蛛在吐丝瞬间，液态流动产生剪切速度场使微观组 成单元高度有序排布，因此具有优异的性能。基于此，本实用新型提出一种生物启发的流 动、蒸发组装技术。通过控制蒸发、压差和管道尺寸产生可控剪切流动速度场使石墨烯、碳 纳米管等基本微纳米单元组装成微观结构满足上述要求的的宏观聚集体。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型提供一种微纳米材料的宏观聚集体的制备装置。
[0005] -种微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其包括:一容器，所述容器用于盛放微 纳米单元分散液，所述微纳米单元分散液包括溶剂以及均匀分散于该溶剂中的微纳米单 元;一施压装置，所述施压装置用于向该容器内的微纳米单元分散液施加压力；以及一渐缩 管道，所述渐缩管道内径沿着该渐缩管道的延伸方向逐渐变小，且所述渐缩管道的管壁上 具有多个开孔;该渐缩管道的内径较大的一端定义为入口，内径较小的一端定义为出口；所 述渐缩管道的入口与该容器连通，从而使该微纳米单元分散液在所述施压装置的压力下从 所述渐缩管道的入口向出口方向流动;所述渐缩管道对其内部流动的微纳米单元分散液形 成一剪切流场，从而使该流动的微纳米单元分散液中的微纳米单元在该剪切流场作用下沿 着流动方向有序排布;且所述渐缩管道还可以在该微纳米单元沿着流动方向有序排布后， 保持该微纳米单元分散液继续流动，并在该微纳米单元分散液剪切流动的同时逐渐去除该 微纳米单元分散液的溶剂。
[0006] 如上述微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其中，所述渐缩管道的材料为金属、 陶瓷、玻璃、石英或聚合物;所述渐缩管道的横截面形状为圆形、椭圆形、三角形、正方形、长 方形、或其他N边形，N3 5。
[0007]如上述微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其中，所述渐缩管道沿着长度方向 分为的多段结构，使用时组装在一起。
[0008]如上述微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其中，每一段管道为两瓣或多瓣结 构，使用时组装在一起。
[0009] 如上述微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其中，所述入口通过一阀门与该容 器连通。
[0010] 如上述微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其中，所述多个开孔仅设置于所述 渐缩管道沿着长度方向靠近出口的后段部分。
[0011] 如上述微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其中，所述多个开孔仅设置于所述 渐缩管道的一个或多个管壁上。
[0012] 如上述微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其中，所述多个开孔沿着径向环绕 所述渐缩管道设置。
[0013] 如上述微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其中，所述微纳米材料的宏观聚集 体的制备装置进一步包括一加热装置，用于加热该渐缩管道内的微纳米单元分散液。
[0014]如上述微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其中，所述微纳米材料的宏观聚集 体的制备装置进一步包括一冷冻装置，用于冷冻该渐缩管道内的微纳米单元分散液。
[0015] 采用本实用新型提供的宏观聚集体的制备装置制备微纳米材料的宏观聚集体，具 有以下优点：其一、通过控制渐缩流体管道的压差可以控制管道中的剪切速率大小，从而控 制微纳米单元排布有序性，因此，可以通过压差和管道尺寸等外部条件控制流体管道中的 流场，进而操纵微纳米材料宏观组装体的微观结构有序性和密度。其二、微纳米单元经过剪 切流动有序后，在剪切流动的同时去除溶剂并保持剪切力不变，流动和去除溶剂的协同效 应使微纳米单元的有序性不被破坏，从而确保了微纳米材料的宏观聚集体中的微纳米单元 的有序性。其三、流体介质容易获得，管道加工技术成熟，适合批量生产，与其他自下而上的 技术相比，是一种高通量，低成本的技术，适合大规模工业化生产。
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型实施例1提供的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置的结构示 意图。
[0017] 图2为本实用新型实施例2提供的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置的结构示 意图。
[0018] 图3为本实用新型实施例3提供的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置的结构示 意图。
[0019] 图4为本实用新型实施例的渐缩管道内的流场分布示意图。
[0020] 图5为本实用新型实施例的渐缩管道内的微纳米单元的有序性与皮克列数 (Peclet number)、剪切速率的关系图。
[0021] 图6为本实用新型实施例无序分散于溶液中的微纳米纤维单元经过管道流场剪 切、蒸发后变为有序、致密结构的数值模拟结果。
[0022] 图7为不考虑溶剂的蒸发时，本实用新型实施例的渐缩管道中的微纳米单元分散 液所受到的压强差沿着管道长度x的分布以及与所述渐缩管道的管道梯度0的关系。
[0023] 图8为不考虑溶剂的蒸发时，本实用新型实施例的渐缩管道中的微纳米单元分散 液所受到的剪切速率沿着管道长度x的分布以及与所述渐缩管道的形状、尺寸、梯度0以及 入口出口压差Ap的关系。
[0024] 图9为考虑溶剂的蒸发时，本实用新型实施例的渐缩管道中的微纳米单元分散液 所受到的剪切速率沿着管道长度X的分布以及与所述渐缩管道的梯度0的关系。
[0025] 主要元件符号说明
[0026] 如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本实用新型。
【具体实施方式】
[0027] 以下将结合上述附图和不同实施例说明本实用新型提供的微纳米材料的宏观聚 集体的制备方法和制备装置。
[0028] 参见图1，本实用新型实施例提供的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置10包括： 一容器12、一施压装置14以及一渐缩管道16。
[0029]所述容器12用于盛放微纳米单元分散液20。所述微纳米单元分散液20包括溶剂22 以及均匀分散于该溶剂22中的微纳米单元24。所述施压装置14与该容器12连接，用于向该 容器12内的微纳米单元分散液20施加压力，从而使该微纳米单元分散液20可以沿着所述渐 缩管道16流动。所述渐缩管道16与该容器12连接，用于对其内部流动的微纳米单元分散液 20形成一剪切流场，从而使该流动的微纳米单元分散液20中的微纳米单元24在该剪切流场 作用下沿着流动方向有序排布。而且，所述渐缩管道16还可以在该微纳米单元24沿着流动 方向有序排布后，保持该微纳米单元分散液20继续流动，并在该微纳米单元分散液20剪切 流动的同时逐渐去除该微纳米单元分散液20的溶剂22,从而在所述渐缩管道16内得到一微 纳米材料的宏观聚集体26。
[0030] 所述容器12的形状、大小和结构不限，可以根据需要设计。所述容器12的材料可以 为金属、陶瓷、玻璃、石英或聚合物等具有一定硬度和强度的材料。
[0031] 所述施压装置14可以为任何可以向该容器12内的微纳米单元分散液20施加压力 的装置。所述施压装置14设置的位置不限，可以根据需要选择。
[0032] 所述渐缩管道16的内径沿着该渐缩管道16的延伸方向逐渐变小。本实用新型将该 渐缩管道16的内径较大的一端定义为入口 160,内径较小的一端定义为出口 162。优选地，所 述渐缩管道16的内径从入口 160至出口 162逐渐变小。所述渐缩管道16的入口 160通过一阀 门18与该容器12连通。所述渐缩管道16的入口 160和出口 162尺寸不限，可以根据需要设计。 所述渐缩管道16的材料可以为金属、陶瓷、玻璃、石英或聚合物等具有一定硬度和强度的材 料。所述渐缩管道16的横截面形状不限，可以为圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形、以及 其他N边形，N35。所述渐缩管道16的长度不限，可以根据需要设计。可以理解，所述渐缩管 道16的长度需确保所述微纳米单元分散液20在剪切流场作用下沿着流动方向有序排布后， 保持该微纳米单元分散液20继续流动，并在该微纳米单元分散液20剪切流动的同时逐渐去 除该微纳米单元分散液20的溶剂22。优选地，所述渐缩管道16为相对于所述溶剂22的无滑 移流体管道。所述渐缩管道16沿着长度方向的截面可以为两条间隔设置的直线或弧线。所 述渐缩管道16的梯度影响流动蒸发的时间，这也影响最终的形貌。梯度过大会导致剪切不 充分，可能不会高度有序。所述渐缩管道16的梯度与长度以及出入口 160直径是相关的。所 述渐缩管道16可以为一体结构也可以为分体结构。优选地，所述渐缩管道16采用分体结构， 以便于后续将沉积于其内壁的微纳米材料的宏观聚集体26取出来，以及对其内壁进行清 洗。优选地，所述渐缩管道16可以沿着长度方向分为的多段结构，使用时组装在一起。进一 步，每一段管道还可以为两瓣或多瓣结构，使用时组装在一起。可以理解，所述渐缩管道16 也可以为其他非渐缩管道的一部分，只要在该渐缩管道16的部分可以实现本实用新型的目 的即可。
[0033]所述渐缩管道16的管壁上具有多个开孔164,用于去除该微纳米单元分散液20的 溶剂22。所述开孔164形状不限，可以为圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形等。所述开孔 164的尺寸和密度可以根据所述微纳米单元24的尺寸选择。通过所述开孔164的尺寸和密度 可以控制去除该微纳米单元分散液20的溶剂22的速率。优选地，所述开孔164沿着该渐缩管 道16的延伸方向的尺寸应该大于所述微纳米单元24的最大尺寸，例如一维微纳米材料的长 度，以防止所述微纳米单元24随着溶剂22从该开孔164流出去。可以理解，一定范围内的少 许微纳米单元流出也可以接受。所述多个开孔164可以沿着径向环绕所述渐缩管道16设置， 也可以仅设置于所述渐缩管道16的一个或多个管壁上。可以理解，当所述微纳米单元分散 液20进入所述渐缩管道16后，需要流动一段时间才能够使所述微纳米单元分散液20在剪切 流场作用下沿着流动方向有序排布。因此，在所述渐缩管道16靠近入口 160的前段部分，不 需要设置开孔164。也就是说，所述多个开孔164可以沿着轴向/长度方向仅设置于所述渐缩 管道16靠近出口 162的后段部分。
[0034] 参见图2,所述微纳米材料的宏观聚集体的制备装置10还可以包括一加热装置17， 用于加热该渐缩管道16内的微纳米单元分散液20。所述加热装置17的结构和设置位置不 限，可以根据需要设计。
[0035] 参见图3,所述微纳米材料的宏观聚集体的制备装置10还可以包括一冷冻装置19， 用于冷冻该渐缩管道16内的微纳米单元分散液20。所述冷冻装置19的结构和设置位置不 限，可以根据需要设计。
[0036] 所述溶剂22可以为水和有机溶剂中的一种或多种。所述溶剂22也可以为熔化的聚 合物或金属。所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二氯乙烷和氯仿中一种或者多种。所述微纳 米单元24可以为一维微纳米材料和二维微纳米材料中的一种或多种。所述一维微纳米材料 可以为微纳米管、微纳米线、微纳米棒以及微纳米带中的一种或多种。所述二维微纳米材料 为微纳米片、微纳米片膜和微纳米层中的一种或多种。所述微纳米单元分散液20中还可以 进一步包括分散剂或表面活性剂，从而使所述微纳米单元24均匀分散，不发生团聚。所述微 纳米单元24可以通过超声均匀分散在溶剂22里。
[0037]以下介绍采用本实用新型提供的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置10或10A制 备微纳米材料的宏观聚集体26的方法，该方法包括:使该微纳米单元分散液20从所述渐缩 管道16的入口 160向出口 162方向流动；以及使该微纳米单元分散液20剪切流动的同时去除 溶剂22。优选地，该微纳米单元24经过剪切流动并沿着流动方向有序排布后，再使该微纳米 单元分散液20剪切流动的同时去除溶剂22。
[0038]上述方法中，所述微纳米单元分散液20在所述渐缩管道16内流动的过程中在径向 充满整个渐缩管道16。优选地，所述渐缩管道16为相对于所述溶剂22的无滑移流体管道。由 于靠近所述渐缩管道16管壁的流体容易受到管壁的剪切力，而位于所述渐缩管道16中心的 流体不容易受到管壁的剪切力，本实用新型更优选地，所述溶剂22具有一定的黏度，从而使 得所述渐缩管道16内每一处的流体都能受到剪切力。所述去除溶剂22的方法为使溶剂22通 过所述多个开孔164渗透出去，或通过加热使溶剂22从所述多个开孔164蒸发出去。所述渐 缩管道16的入口 160和出口 162之间形成压强差。可以理解，通过该压强差可以控制该微纳 米单元分散液20的流量以及获得的微纳米材料的宏观聚集体26的密度。所述获得的微纳米 材料的宏观聚集体26可以从所述渐缩管道16的出口 162处取出，或通过将所述渐缩管道16 打开取出。
[0039]以下介绍本实用新型提供的微纳米材料的宏观聚集体的制备方法的原理。
[0040] 当所述微纳米单元分散液20从所述渐缩管道16的入口 160通入之后，所述渐缩管 道16内的微纳米单元分散液20的速度分布如图4所示。此时，速度的梯度为剪切速率，所述 渐缩管道16平均剪切速率Y可以用以下公式(1)描述：
[0041] y=Q/dw2 (1)
[0042]其中Q是所述微纳米单元分散液20的流量，d和w分别为所述渐缩管道16的深度和 宽度。由此可见，在同等流量的情况下，所述渐缩管道16径向尺寸越小，可以获得更高的剪 切速率。其中，所述微纳米单元分散液20的流量由所述渐缩管道16的尺寸和两端的压差控 制。而所述渐缩管道16两端的压差通过所述施压装置14控制。因此，所述渐缩管道16的流场 分布可以通过调控所述渐缩管道16的尺寸和所述施压装置14来进行调控。
[0043]所述渐缩管道16内的流体中的微纳米单元24受到剪切流场的剪切力和热扰动。二 者的强度比可以用皮克列数Pe进行衡量，表示为公式(2):
[0044] Pe = y/D (2)
[0045] 其中D是衡量热扰动效应大小的微纳米单元24的旋转扩散系数。皮克列数与剪切 速率为线性关系。所述渐缩管道16内的流体中的微纳米单元24的有序性与皮克列数紧密相 关，在二维情况下，有序性0用如下公式(3)表示：
[0046] 〇 = <2cos20
[0047] 其中0是所述微纳米单元24轴向与流速方向的夹角。当无序分布时，0的取值为0; 当极限有序时9 = 〇,〇的取值为1。如图5所示，在不考虑微纳米单元24惯性效应的情况下， 剪切速率越大，皮克列数越大，有序性越高。因此，可以通过控制流场剪切速率来控制皮克 列数，进而调所述微纳米单元24宏观组装体的有序性。
[0048] 当所述微纳米单元24在所述渐缩管道16中经剪切有序后，保持流体流动并开始去 除溶剂22，即，所述溶剂22通过开孔164排出所述渐缩管道16。由于所述渐缩管道16中溶剂 22的减少，导致流量的减少，采用渐缩管道可以保持流动剪切速率，从而保持流体中的微纳 米单元24的有序性。同时，由于溶剂22的减少，流体中的微纳米单元24的浓度增大，从而获 得致密的微纳米材料的宏观聚集体26。参见图6,为本实用新型实施例无序分散于溶液中的 微纳米纤维单元经过管道流场剪切、蒸发后变为有序、致密结构的数值模拟结果。
[0049] 所述渐缩管道16的形状、尺寸、压强、剪切速率的关系分析如下。假设入口 160处的 压强为Pi，出口 162处的压强为p2，入口 160的高度为匕，出口 162的的高度为h2。那么所述渐 缩管道16的压差为Ap =pi - p2。
[0050] 不考虑溶剂22的蒸发时，所述渐缩管道16中的剪切速率分布为：
[0052]其中，上式(4)中y是所述微纳米单元分散液20的粘性。图7为所述渐缩管道16中的 微纳米单元分散液20所受到的压强差沿着管道长度x的分布以及与所述渐缩管道16的管道 梯度0的关系，其中。图8为所述渐缩管道16中的微纳米单元分散液20所受 到的剪切速率沿着管道长度x的分布以及与所述渐缩管道16的形状、尺寸、梯度0以及入口 出口压差Ap的关系，其中，图8中举了5个实例说明它们的关系。
[0053]考虑溶剂22的蒸发时，所述渐缩管道16中的剪切速率分布如图9所示。如图9边界 虚线所示，当没有溶剂22沿着渐缩管道16蒸发时，由于是渐缩管道，剪切速率从入口 160到 出口 162不断增加。如图9边界实线所示，当溶剂22到达出口 162全部蒸发完毕时，剪切速率 从入口 160到出口 162不断减小，且出口 162处的剪切速率为0。其他情形都落在虚线和实线 包络的区域。图9分别给出了三种不同梯度0下，所述渐缩管道16中的剪切速率分布的对比。 可以看到，管道梯度0越大，剪切速率分布变化也越剧烈。
[0054]可以理解，采用本实用新型的方法可以将所述渐缩管道16中有序分布的微纳米单 元24处的溶剂22全部去除，得到一微纳米材料的宏观聚集体26。可以理解，溶剂22全部去除 后得到的微纳米材料的宏观聚集体26容易吸附于所述渐缩管道16内壁上，而不易与所述渐 缩管道16分离。采用本实用新型的方法也可以等所述渐缩管道16中有序分布的微纳米单元 24达到一定浓度值之后取出来得到一预制体，再加热该预制体。该预制体容易与所述渐缩 管道16分离。所述微纳米单元24排列的有序性可以通过计算、实验测定的方式来确定。该有 序分布的微纳米单元24的浓度可以通过测定入口 160处的微纳米单元分散液20浓度和溶剂 22的总蒸发量确定。
[0055]本实用新型提供的微纳米材料的宏观聚集体的制备方法具有以下优点：其一、通 过控制渐缩流体管道的压差可以控制管道中的剪切速率大小，从而控制微纳米单元排布有 序性，因此，可以通过压差和管道尺寸等外部条件控制流体管道中的流场，进而操纵微纳米 材料宏观组装体的微观结构有序性和密度。其二、微纳米单元经过剪切流动有序后，在剪切 流动的同时去除溶剂并保持剪切力不变，流动和去除溶剂的协同效应使微纳米单元的有序 性不被破坏，从而确保了微纳米材料的宏观聚集体中的微纳米单元的有序性。其三、流体介 质容易获得，管道加工技术成熟，适合批量生产，与其他自下而上的技术相比，是一种高通 量，低成本的技术，适合大规模工业化生产。
[0056]以下为本实用新型的具体实施例 [0057] 实施例1
[0058] 参见图1，为本实用新型实施例1采用的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置10。 本实施例中，所述容器12为矩形钢制容器。所述施压装置14为一活塞，通过活塞向该容器12 底部运动，从而对该容器12内的微纳米单元分散液20施加压力。本实施例中，所述渐缩管道 16的为横截面为圆形的石英管。所述多个开孔164为圆形，且沿着径向环绕所述渐缩管道16 设置。所述多个开孔164为微米级尺寸。所述微纳米单元分散液20通过将石墨烯分散于水中 形成。
[0059] 本实施例中，制备微纳米材料的宏观聚集体26的方法为:首先，将石墨烯的微纳米 单元分散液20置于所述容器12内；其次，打开阀门18，并通过所述施压装置14使所述微纳米 单元分散液20从所述渐缩管道16的入口 160向出口 162方向流动;然后，所述微纳米单元24 经过剪切流动后沿着流动方向有序排布后，在该微纳米单元分散液20剪切流动的同时通过 开孔164渗透去除溶剂22,从而得到一石墨烯有序且致密排列的微纳米材料的宏观聚集体 26，且该微纳米材料的宏观聚集体26沉积在所述渐缩管道16的内壁上;最后，打开所述渐缩 管道16将该微纳米材料的宏观聚集体26取出来。
[0060] 实施例2
[0061]参见图2,为本实用新型实施例2采用的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置10A。 本实用新型实施例2采用的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置10A与本实用新型实施例1 采用的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置10的结构基本相同，其区别为，所述渐缩管道 16的为横截面为方形，且所述多个开孔164仅设置与所述渐缩管道16的顶面上;进一步，一 加热装置17设置于所述渐缩管道16的外表面。本实施例中，所述加热装置17为加热电阻丝， 其缠绕在所述渐缩管道16的外表面。该电阻丝的相邻两匝之间间隔设置，且所述多个开孔 164设置于相邻的两匝之间。
[0062]本实施例中，所述微纳米单元分散液20通过将碳纳米管分散于乙醇中形成。所述 制备微纳米材料的宏观聚集体26的方法为:首先，将碳纳米管的微纳米单元分散液20置于 所述容器12内；其次，打开阀门18，并通过所述施压装置14使所述微纳米单元分散液20从所 述渐缩管道16的入口 160向出口 162方向流动;然后，所述微纳米单元24经过剪切流动后沿 着流动方向有序排布后，在该微纳米单元分散液20剪切流动的同时加热蒸发去除溶剂22， 从而得到一碳纳米管有序且致密排列的微纳米材料的宏观聚集体26。进一步，本实施例中， 通过一夹子将所述微纳米材料的宏观聚集体26从出口 162抽出来形成一微纳米材料纤维。 可以理解，只要一边将出口 162-侧的微纳米材料的宏观聚集体26抽出，一边从入口 160- 侧注入新的微纳米单元分散液20，就可以连续不断的制备微纳米材料纤维。
[0063] 实施例3
[0064] 参见图3,为本实用新型实施例3采用的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置10B。 本实用新型实施例3采用的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置10B与本实用新型实施例1 采用的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置10的结构基本相同，其区别为，所述多个开孔 164仅设置与所述渐缩管道16的中间一段;进一步，一冷冻装置19设置于所述渐缩管道16靠 近出口 162的一段。所述渐缩管道16对应该冷冻装置19的一段没有开孔164。
[0065] 本实施例中，所述微纳米单元分散液20通过将碳纳米管分散于水中形成。所述制 备微纳米材料的宏观聚集体26的方法为:首先，将碳纳米管的微纳米单元分散液20置于所 述容器12内；其次，打开阀门18，并通过所述施压装置14使所述微纳米单元分散液20从所述 渐缩管道16的入口 160向出口 162方向流动;然后，所述微纳米单元24经过剪切流动后沿着 流动方向有序排布后，在该微纳米单元分散液20剪切流动的同时通过开孔164渗透去除溶 剂22,从而得到一碳纳米管有序排列的微纳米单元分散液20;当该微纳米单元分散液20中 的碳纳米管浓度达到一定值之后，通过冷冻装置19将该微纳米单元分散液20冷冻形成一预 制体28,然后将该预制体28取出后，通过升华去除残留的溶剂22,得到微纳米材料的宏观聚 集体26。
[0066]另外，本领域技术人员还可以在本实用新型精神内做其它变化，这些依据本实用 新型精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围内。
【主权项】
1. 一种微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其包括： 一容器，所述容器用于盛放微纳米单元分散液； 一施压装置，所述施压装置用于向该容器内的微纳米单元分散液施加压力；以及 一渐缩管道，所述渐缩管道内径沿着该渐缩管道的延伸方向逐渐变小，且所述渐缩管 道的管壁上具有多个开孔;该渐缩管道的内径较大的一端定义为入口，内径较小的一端定 义为出口；所述渐缩管道的入口与该容器连通，从而使该微纳米单元分散液在所述施压装 置的压力下从所述渐缩管道的入口向出口方向流动;所述渐缩管道对其内部流动的微纳米 单元分散液形成一剪切流场，从而使该流动的微纳米单元分散液中的微纳米单元在该剪切 流场作用下沿着流动方向有序排布;且所述渐缩管道还可以在该微纳米单元沿着流动方向 有序排布后，保持该微纳米单元分散液继续流动，并在该微纳米单元分散液剪切流动的同 时逐渐去除该微纳米单元分散液的溶剂。2. 如权利要求1所述的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其特征在于，所述渐缩管 道的材料为金属、陶瓷、玻璃、石英或聚合物;所述渐缩管道的横截面形状为圆形、椭圆形、 三角形、正方形、长方形、或其他N边形，N35。3. 如权利要求1所述的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其特征在于，所述渐缩管 道沿着长度方向分为的多段结构，使用时组装在一起。4. 如权利要求3所述的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其特征在于，每一段管道 为两瓣或多瓣结构，使用时组装在一起。5. 如权利要求1所述的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其特征在于，所述入口通 过一阀门与该容器连通。6. 如权利要求1所述的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其特征在于，所述多个开 孔仅设置于所述渐缩管道沿着长度方向靠近出口的后段部分。7. 如权利要求1所述的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其特征在于，所述多个开 孔仅设置于所述渐缩管道的一个或多个管壁上。8. 如权利要求1所述的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其特征在于，所述多个 开孔沿着径向环绕所述渐缩管道设置。9. 如权利要求1所述的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其特征在于，所述微纳米 材料的宏观聚集体的制备装置进一步包括一加热装置，用于加热该渐缩管道内的微纳米单 兀分散液。10. 如权利要求1所述的微纳米材料的宏观聚集体的制备装置，其特征在于，所述微纳 米材料的宏观聚集体的制备装置进一步包括一冷冻装置，用于冷冻该渐缩管道内的微纳米 单兀分散液。
【文档编号】C01B31/02GK205653167SQ201620376237
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年4月29日 公开号201620376237.4, CN 201620376237, CN 205653167 U, CN 205653167U, CN-U-205653167, CN201620376237, CN201620376237.4, CN205653167 U, CN205653167U
【发明人】徐志平, 高恩来
【申请人】清华大学