一种超长和拔细的增强碳纳米管线及其制备方法与流程

本发明涉及碳纳米管相关技术领域，特别涉及一种超长和拔细的增强碳纳米管线及其制备方法。

背景技术：

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2-20nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。

在现有技术中多用碳纳米管加工管线，但是，现有的碳纳米管线不能同时具备抗拉和光滑的特点，实用性差，而且现有的碳纳米管线生产工艺比较复杂，不利于社会推广应用。

因此，提出一种超长和拔细的增强碳纳米管线及其制备方法来解决上述问题很有必要。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种超长和拔细的增强碳纳米管线及其制备方法，解决了现有的碳纳米管线不能同时具备抗拉和光滑的特点和现有的碳纳米管线生产工艺比较复杂的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种超长和拔细的增强碳纳米管线，包括聚合物层、碳纳米管和纤维线，所述碳纳米管位于聚合物层的内部，所述碳纳米管分布在纤维线和聚合物层之间。

可选的，所述聚合物层的外侧包裹有单壁碳外壳。

可选的，所述纤维线为天然纤维线中的蚕丝纤维线。

一种超长和拔细的增强碳纳米管线的制备方法，包括以下步骤：

a：超声分散：取适量碳纳米管，将碳纳米管溶于有机溶剂中，利用超声波进行分散，分散时间为8-12min，得到碳纳米管悬浮液；

b：通电：将盛有悬浮液的容器进行通电，通电时间为10-20min，使得内部形成不均匀电场；

c：附着：将干燥的纤维线匀速放入悬浮液，过5-9分钟后匀速将纤维线拉起，使纤维线离开悬浮液液面，再将纤维线通过滤板过滤，滤走吸附在纤维线外的多余的碳纳米管；

d：清洗：将纤维线放入硫酸中进行腐蚀，腐蚀时间为3-9min，然后再放入清水中进行清洗，得到碳纳米管线；

e：拔丝：使用拔丝工装将碳纳米管线拔细；

f：外敷聚合物：将碳纳米管线放入聚合物包塑工装中，对碳纳米管线进行外涂敷聚合物,得到拔细的增强碳纳米管线；

g：包裹单壁碳：取适量石墨粉，将催化剂与石墨粉混合，制得石墨棒，将增强碳纳米管线置入缓冲气体氛围中，以石墨棒为阳极，在电弧室中发生电弧放电，得到非晶碳包裹单壁增强碳纳米管线。

可选的，所述步骤a中的有机溶剂为乙醇、丙酮或二甲基甲酰胺。

可选的，所述步骤c中的碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或碳纳米管管束。

(三)有益效果

本发明提供了一种超长和拔细的增强碳纳米管线及其制备方法，具备以下有益效果：

(1)、本发明通过利用聚合物包裹碳纳米管线，提高了的抗拉强度和韧性，适合做远距离的导线。

(2)、本发明通过采用单壁碳包裹碳纳米管线，使得碳纳米管线表面更加光滑，在施工时更加安全。

(3)、本发明工艺简单，设备要求低，可操作性强，具有良好的社会推广应用。

附图说明

图1为本发明碳纳米管线结构的截面示意图。

图中：聚合物层1、碳纳米管2、纤维线3、单壁碳外壳4。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据如图1所示，本发明提供了一种技术方案：

一种超长和拔细的增强碳纳米管线，包括聚合物层1、碳纳米管2和纤维线3，碳纳米管2位于聚合物层1的内部，碳纳米管2分布在纤维线3和聚合物层1之间。

作为本发明的一种可选技术方案：

聚合物层1的外侧包裹有单壁碳外壳4。

作为本发明的一种可选技术方案：

纤维线3为天然纤维线中的蚕丝纤维线。

实施例一：

一种超长和拔细的增强碳纳米管线的制备方法，包括以下步骤：

a：超声分散：取适量碳纳米管，将碳纳米管溶于有机溶剂中，利用超声波进行分散，分散时间为8min，得到碳纳米管悬浮液，有机溶剂为乙醇；

b：通电：将盛有悬浮液的容器进行通电，通电时间为10min，使得内部形成不均匀电场；

c：附着：将干燥的纤维线匀速放入悬浮液，过5分钟后匀速将纤维线拉起，使纤维线离开悬浮液液面，再将纤维线通过滤板过滤，滤走吸附在纤维线外的多余的碳纳米管，碳纳米管为单壁碳纳米管；

d：清洗：将纤维线放入硫酸中进行腐蚀，腐蚀时间为3min，然后再放入清水中进行清洗，得到碳纳米管线；

e：拔丝：使用拔丝工装将碳纳米管线拔细；

f：外敷聚合物：将碳纳米管线放入聚合物包塑工装中，对碳纳米管线进行外涂敷聚合物,得到拔细的增强碳纳米管线；

g：包裹单壁碳：取适量石墨粉，将催化剂与石墨粉混合，制得石墨棒，将增强碳纳米管线置入缓冲气体氛围中，以石墨棒为阳极，在电弧室中发生电弧放电，得到非晶碳包裹单壁增强碳纳米管线。

实施例二：

一种超长和拔细的增强碳纳米管线的制备方法，包括以下步骤：

a：超声分散：取适量碳纳米管，将碳纳米管溶于有机溶剂中，利用超声波进行分散，分散时间为10min，得到碳纳米管悬浮液，有机溶剂为丙酮；

b：通电：将盛有悬浮液的容器进行通电，通电时间为5min，使得内部形成不均匀电场；

c：附着：将干燥的纤维线匀速放入悬浮液，过7分钟后匀速将纤维线拉起，使纤维线离开悬浮液液面，再将纤维线通过滤板过滤，滤走吸附在纤维线外的多余的碳纳米管，碳纳米管为多壁碳纳米管；

d：清洗：将纤维线放入硫酸中进行腐蚀，腐蚀时间为6min，然后再放入清水中进行清洗，得到碳纳米管线；

e：拔丝：使用拔丝工装将碳纳米管线拔细；

f：外敷聚合物：将碳纳米管线放入聚合物包塑工装中，对碳纳米管线进行外涂敷聚合物,得到拔细的增强碳纳米管线；

g：包裹单壁碳：取适量石墨粉，将催化剂与石墨粉混合，制得石墨棒，将增强碳纳米管线置入缓冲气体氛围中，以石墨棒为阳极，在电弧室中发生电弧放电，得到非晶碳包裹单壁增强碳纳米管线。

实施例三：

一种超长和拔细的增强碳纳米管线的制备方法，包括以下步骤：

a：超声分散：取适量碳纳米管，将碳纳米管溶于有机溶剂中，利用超声波进行分散，分散时间为12min，得到碳纳米管悬浮液，有机溶剂为二甲基甲酰胺等；

b：通电：将盛有悬浮液的容器进行通电，通电时间为20min，使得内部形成不均匀电场；

c：附着：将干燥的纤维线匀速放入悬浮液，过9分钟后匀速将纤维线拉起，使纤维线离开悬浮液液面，再将纤维线通过滤板过滤，滤走吸附在纤维线外的多余的碳纳米管，碳纳米管为碳纳米管管束；

d：清洗：将纤维线放入硫酸中进行腐蚀，腐蚀时间为9min，然后再放入清水中进行清洗，得到碳纳米管线；

e：拔丝：使用拔丝工装将碳纳米管线拔细；

f：外敷聚合物：将碳纳米管线放入聚合物包塑工装中，对碳纳米管线进行外涂敷聚合物,得到拔细的增强碳纳米管线；

g：包裹单壁碳：取适量石墨粉，将催化剂与石墨粉混合，制得石墨棒，将增强碳纳米管线置入缓冲气体氛围中，以石墨棒为阳极，在电弧室中发生电弧放电，得到非晶碳包裹单壁增强碳纳米管线。

通过以上三组实施例均可以制得增强碳纳米管线，其中第二组实施例制得的增强碳纳米管线抗拉伸效果最好。

综上所述：本发明通过利用聚合物包裹碳纳米管线，提高了的抗拉强度和韧性，适合做远距离的导线，通过采用单壁碳包裹碳纳米管线，使得碳纳米管线表面更加光滑，在施工时更加安全，本发明工艺简单，设备要求低，可操作性强，具有良好的社会推广应用。

需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。