[发明专利]一种碳纳米管纤维负载纳米氧化铁复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管纤维负载纳米氧化铁复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将二茂铁溶解于有机溶剂中，配制二茂铁溶液；(2)将碳纳米管阵列采用阵列纺丝法先进行拉膜形成碳纳米管薄膜，再将该碳纳米管薄膜加捻制成碳纳米管纤维，在拉膜过程中，向所形成的碳纳米管薄膜的表面喷洒步骤(1)所得的二茂铁溶液；(3)在保护气氛下，将步骤(2)制得的碳纳米管纤维进行焦耳热处理。本发明制得的碳纳米管纤维负载纳米氧化铁复合材料在制备电容器、催化及电极材料等领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于碳纳米管复合材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管纤维负载纳米氧化铁复合材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管具有优异的力学、电学和热学性能。将其制备成宏观结构的纤维，是拓展其应用的一个重要手段。碳纳米管纤维作为一种新型的纤维材料，其质量轻，导电性好，韧性强具有诸多功能特性。纳米Fe₂O₃化学性质稳定，它不仅具有耐光、耐化学腐蚀、无毒等优点，而且具有良好的分散性、着色力以及吸收紫外线的能力。纳米Fe₂O₃同时具有氧化铁和纳米材料的性质，是一种多功能的纳米氧化物材料。氧化铁具有催化性、磁性、电化学性能等。所得复合材料既具有碳纳米管纤维的高韧性、高导电性又具有纳米氧化铁的磁性/电化学性能。

现有技术中，纳米氧化铁主要通过原材料合成的方法实现，有湿法制备法：沉淀法、水热法、强迫水解法、微乳液法、溶胶-凝胶法等，也有干法制备法：常以羰基铁或二茂铁为原料，采用气相分解或火焰热分解或激光分解制备。其合成过程操作复杂，效率低下，对设备要求高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种碳纳米管纤维负载纳米氧化铁复合材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种碳纳米管纤维负载纳米氧化铁复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将二茂铁溶解于有机溶剂中，配制浓度为0.1-2wt％的二茂铁溶液；

(2)将碳纳米管阵列采用阵列纺丝法先进行拉膜形成碳纳米管薄膜，再将该碳纳米管薄膜加捻制成碳纳米管纤维，在拉膜过程中，向所形成的碳纳米管薄膜的表面喷洒步骤(1)所得的二茂铁溶液；

(3)在保护气氛下，将步骤(2)制得的碳纳米管纤维进行焦耳热处理29-31s，该焦耳热处理的直流电源的电流强度为300-500mA，即成。

在本发明的一个优选实施方案中，所述有机溶剂为苯、乙醚、石油醚或四氢呋喃。

进一步优选的，所述有机溶剂为石油醚。

在本发明的一个优选实施方案中，所述碳纳米管阵列的直径为20-100mm。

进一步优选的，所述碳纳米管阵列的直径为60-80mm。

在本发明的一个优选实施方案中，所述碳纳米管纤维的直径为20-120μm，长度为5-20cm。

进一步优选的，所述碳纳米管纤维的直径为90-110μm。

在本发明的一个优选实施方案中，所述保护气氛为氩气气氛。

在本发明的一个优选实施方案中，所述焦耳热处理的时间为30s。

在本发明的一个优选实施方案中，所述有机溶剂为石油醚，所述碳纳米管阵列的直径为60-80mm，所述碳纳米管纤维的直径为90-110μm，所述保护气氛为氩气气氛，所述焦耳热处理的时间为30s。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用阵列纺丝法，将碳纳米管拉伸为薄膜，并在薄膜表面喷洒二茂铁溶液，得到的薄膜进行加捻得到碳纳米管纤维，方法简单易行。