[发明专利]基于激光加热后处理制备连续碳纳米管纤维的装置及方法

说明书

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其是一种基于激光加热后处理制备连续碳纳米管纤维的装置及方法，包括CVD反应系统、激光后处理系统和控制系统，CVD反应系统包括注射口、化学气相沉积反应室，用于制备碳纳米管纤维；激光后处理系统包括激光加热装置和测温装置，激光加热装置对碳纳米管纤维进行辐照加热，形成加热区，同时测温装置对所述加热区内温度进行实时测温；控制系统分别于CVD反应系统和激光后处理系统相连，用于控制反应系统和后处理系统协调工作。本发明采用激光在线处理碳纳米管纤维，去除CVD法制备的碳纳米管纤维上多余的杂质，使得纤维的性能更高，表面质量好，可大批量生产碳纳米管纤维。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其是一种基于激光加热后处理制备连续碳纳米管纤维的装置及方法。

背景技术

碳纳米管纤维是碳纳米管的一维宏观组装体，由于其独特的高孔隙率/比表面积、优良的力学/物理性能、优异的结构柔性以及新型的腐蚀/氧化电阻率，被广泛应用于航空航天、国防军事可穿戴电子产品等领域中。

规模化制备性能优异的碳纳米管是实现其应用的关键。CVD浮动气相纺丝法是最具潜力规模化制备碳纳米管纤维的方法，该法可制备千米级的碳纳米管纤维。但是，现有的CVD法制备的碳纳米管纤维大都含有较多的杂质和无定形碳颗粒，抗拉强度低，纤维内部大都是随机分布的机械式搭联结构，大的接触电阻导致电学性能差。通过激光加热可以去除碳纳米管纤维上的杂质并且使纤维内部产生互联结构，改善力学和电学性能。

发明内容

为了克服现有的上述的不足，本发明提供了一种基于激光加热后处理制备连续碳纳米管纤维的装置及方法，可以一定程度解决CVD法制备的碳纳米管纤维上的杂质、力学和电学性能差的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于激光加热后处理制备连续碳纳米管纤维的装置，包括CVD反应系统、激光后处理系统和控制系统，

CVD反应系统，用于制备碳纳米管纤维，包括注射口、化学气相沉积反应室和水箱，化学气相沉积反应室上端设有注射口，化学气相沉积反应室下端设有水箱，水箱内部设有旋转轴；

激光后处理系统，包括用于对碳纳米管纤维进行辐照加热的激光加热装置和对加热区内温度进行实时测温的测温装置；

控制系统，用于控制反应系统和后处理系统协调工作，分别与CVD反应系统和激光后处理系统电性相连。

进一步的，激光加热装置包括激光器和激光加热头，激光器和激光加热头通过光纤连接，激光器为单独设置的光纤激光器。

进一步的，还包括设置在CVD反应系统一侧的加热平台，加热平台包括工作台、石英管、纺轴和红外光照灯，石英管水平放置在工作台上，纺轴设置在工作台远离CVD反应系统的一端，石英管的轴线与纺轴垂直，石英管上开设有用于激光加热头伸入的小孔，用于烘干碳纳米管纤维的红外光照灯设置在工作台靠近CVD反应系统的一端。

进一步的，测温装置为非接触式测温仪，测温装置设置在激光加热头上。

一种基于激光加热后处理制备连续碳纳米管纤维的方法，包括以下步骤：

步骤一：制备包括碳源、催化剂、促进剂和水的混合溶液作为反应液；

步骤二：由注射口将反应液注入化学气相沉积反应室，反应液遇热气化裂解，反应液气化后顺着载气往石英管下方移动，逐渐生成黑色筒状碳纳米管膜，并在气流推动下向石英管尾端移动；

步骤三：接着人工用铁丝由水箱伸入到石英管中，将黑色筒状碳纳米管膜拉出过水箱后，黑色筒状碳纳米管膜致密收缩成碳纳米管纤维，随后将纤维经过水箱内部旋转轴得到碳纳米管纤维；

步骤四：碳纳米管纤维经过红外光照灯烘干后，进入石英管中，在氩气流保护氛围下进行激光加热处理；