[发明专利]碳纳米管-铜复合纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纳米管‑铜复合纤维及其制备方法，所述制备方法包括：将气态的碳源、铁源、硫源以及铜源混合得到气态前驱体，并将所述气态前驱体进行反应，得到含铜的碳纳米管连续体；对所述含铜的碳纳米管连续体进行收缩处理，得到含铜的碳纳米管纤维；以及，将所述含铜的碳纳米管纤维置于铜电镀液中进行电镀，得到碳纳米管‑铜复合纤维。本发明制备方法得到的碳纳米管‑铜复合纤维具有高导电性，同时兼具优异柔韧性和强度等机械性能。

技术领域

本发明涉及无机复合材料，特别是涉及一种碳纳米管-铜复合纤维及其制备方法。

背景技术

碳纳米管纤维是碳纳米管沿着一个方向高度取向排列而成的纤维，具有优良的柔韧性和拉伸强度等机械性能，然而，碳纳米管纤维的导电性较差。

传统提高碳纳米管纤维的导电性的方法主要包括：(1)在碳纳米管纤维表面电镀导电金属层，以提高其导电性，但是，导电金属层仅附着在碳纳米管纤维的表面，形成碳纳米管芯-导电金属皮的“皮芯”结构，降低了碳纳米管-金属复合纤维的拉伸强度和柔韧性；(2)采用疏松结构的碳纳米管纤维，将铜通过化学沉积或电镀等工艺填充到碳纳米管的间隙，形成碳纳米管-铜复合纤维，但是，该方法获得的碳纳米管-铜复合纤维中铜含量太高，复合纤维的密度大，导致复合纤维的比强度和柔韧性降低。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种具有高导电性同时兼具优异柔韧性和强度的碳纳米管-铜复合纤维及其制备方法。

一种碳纳米管-铜复合纤维的制备方法，包括：

将气态的碳源、铁源、硫源以及铜源混合得到气态前驱体，并将所述气态前驱体进行反应，得到含铜的碳纳米管连续体；

对所述含铜的碳纳米管连续体进行收缩处理，得到含铜的碳纳米管纤维；以及

将所述含铜的碳纳米管纤维置于铜电镀液中进行电镀，得到碳纳米管-铜复合纤维。

在其中一个实施例中，所述气态的碳源选自含碳气体或由液态的含碳化合物气化而成，所述液态的含碳化合物包括甲醇、苯、甲苯、乙醇中的至少一种，所述含碳气体包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述气态的铁源由含铁化合物气化而成，所述含铁化合物包括二茂铁、乙酰丙酮铁、五羰基铁中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述气态的硫源选自含硫气体、由单质硫气化而成或由含硫化合物气化而成，所述含硫气体包括硫化氢，所述含硫化合物包括噻吩、硫脲中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述气态的铜源由含铜化合物气化而成，所述含铜化合物包括氯化铜、硝酸铜、醋酸铜中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述气态前驱体中碳、铁、硫、铜的原子比为100:(0.2-5):(0.1-10):(0.05-10)。

在其中一个实施例中，将所述气态前驱体进行反应之前，还包括将所述气态前驱体与载气混合，所述载气包括氢气和/或保护气体，所述保护气体包括氮气、稀有气体中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述气态前驱体进行反应的反应温度为1000℃-1250℃。

在其中一个实施例中，使所述含铜的碳纳米管连续体收缩的步骤包括：将所述含铜的碳纳米管连续体浸于液体中。

在其中一个实施例中，将所述含铜的碳纳米管纤维置于铜电镀液中进行电镀的方法为脉冲电镀法，所述脉冲电镀法的电流为5mA-70mA，电流导通时间为0.5s-2s，电流间隔时间为0.5s-2s，脉冲循环次数为30次-1200次。

一种碳纳米管-铜复合纤维，所述碳纳米管-铜复合纤维由如上所述碳纳米管-铜复合纤维的制备方法制得。