[发明专利]一种定向、高密度碳纳米管条带的连续制备方法

说明书

本发明涉及宏观体碳纳米管条带的可控制备领域，具体为一种定向、高密度碳纳米管条带的连续制备方法。首先制备出高浓度单壁碳纳米管液晶溶液，再通过设计可施加压力的挤出装置将碳纳米管液晶溶液通过自行设计的挤出带至装有凝固浴的容器内；与此同时，对凝固浴内带状碳纳米管凝胶实施速度可控拉拔、干燥、缠绕成带。本发明通过加工设计不同高/宽/长比的注射带，发展了一种新型碳纳米管宏观体碳纳米管条带的制备方法；同时，通过液晶溶液的配制、挤出装置的挤压及成带拉拔技术，提高碳纳米管的取向性和致密度；本发明方法制备的定向、高密度碳纳米管条带可推动其在电致发热、电磁屏蔽、吸波材料等领域的应用。

技术领域

本发明涉及宏观体碳纳米管条带的可控制备领域，具体为一种定向、高密度碳纳米管条带的连续制备方法。

背景技术

碳纳米管由于其独特的一维结构以及超高的电学、热学、力学性能而受到广泛关注。碳纳米管因其纳米尺寸无法直接使用，一般将其组装成各种宏观体再进行实际应用；目前碳纳米管的宏观体主要包括阵列、薄膜、纤维、海绵等。碳纳米管薄膜不但保留了碳纳米管原有的微观性能，又具备柔性、通量大、截留率高、成本低等优点。但在一些特定应用领域(如：传感器、柔性电极、可穿戴设备等)，仅需要宽度较窄、长度足够长的带状碳纳米管薄膜。因此，发展一种简单方法实现高质量碳纳米管条带的连续制备对拓展碳纳米管的应用领域意义重大。

目前，碳纳米管条带制备方法有三种，(1)利用浮动催化剂化学气相沉积法生长高浓度、圆筒状碳纳米管聚集体，在载气的携带下，圆筒状碳纳米管转变为丝带状、并缠绕在滚轴上，得到连续的碳纳米管条带(文献1：Han B,Xue X,XuY,et al.Preparation ofcarbon nanotube film with high alignment and elevated density[J].Carbon,2017,122:496-503.)。(2)通过干法或湿法制备碳纳米管纤维，然后通过将大量的纤维叠放在一起，并对其施加机械力，使其致密地压缩在一起，进而获得碳纳米管条带(文献2：Tran T Q,Fan Z,Liu P,et al.Super-strong and highly conductive carbon nanotube ribbonsfrom post-treatment methods[J].Carbon,2016,99:407-415.)。(3)将制备的膜状碳纳米管切割至小尺寸的条带状，切割方法包括机械切割、液相氧化切割、固态反应切割、电子诱导切割、激光切割等(文献3：Gbordzoe S,Yarmolenko S,Kanakaraj S,et al.Effects oflaser cutting on the structural and mechanical properties of carbon nanotubeassemblages[J].Materials ence and Engineering B,2017,223(sep.):143-152.)。

目前，制备碳纳米管条带的方法还存在以下问题：(1)碳纳米管条带的密度低、孔隙率较大；(2)碳纳米管条带内碳管的定向程度低或无取向；(3)纳米带的长度受限。而这种低密度、大孔隙率、低取向度/无取向等结构特征限制了碳纳米管条带的性能。因此，目前的一个重要挑战是如何发展一种简单技术实现长度不受限、高密度、定向单壁碳纳米管条带的可控制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定向、高密度碳纳米管条带的连续制备方法，实现自动进样、注射器挤出可控制备连续、定向、高密度单壁碳纳米管条带，解决目前制备方法所获得的碳纳米管条带内碳管取向杂乱及密度低等关键问题。

本发明的技术方案是：

一种定向、高密度碳纳米管条带的连续制备方法，首先获得浓度0.3wt％～1.0wt％的单壁碳纳米管液晶溶液，再利用挤出装置使碳纳米管液晶溶液通过注射带挤出至凝固浴中，最后对凝固浴内带状碳纳米管凝胶实施速度可控拉拔、干燥、缠绕成带。