[发明专利]一种适用于水下粗糙基底的碳纳米管干胶及其制备方法

说明书

本发明属于碳纳米管干胶相关技术领域，其公开了一种适用于水下粗糙基底的碳纳米管干胶及其制备方法，所述方法包括以下步骤：将碳纳米管阵列进行等离子体刻蚀，以刻蚀掉所述碳纳米管阵列端部的非阵列结构而形成结点结构，继而得到适用于水下粗糙基底的碳纳米管干胶。本发明利用碳纳米管阵列并结合等离子体处理方法，制备出了在水下粗糙基底上具有较强粘附性能的碳纳米管干胶，并且该种碳纳米管干胶一旦产生粘附作用，将能够一直保持粘附作用，且该粘附强度不会衰退。

技术领域

本发明属于碳纳米管干胶相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于水下粗糙基底的碳纳米管干胶及其制备方法。

背景技术

干胶材料存在于生活中的方方面面，它能使各种物体相互粘附，以满足不同的需要。干胶材料已经被广泛用于产品包装、家装建筑、机械组装、军工探索等各个领域，是生产生活不可或缺的一部分。根据应用的性质，干胶材料会受到各种环境的影响，从日常室温下使用的胶带之类化学聚合物基胶粘剂，到适应科学研究等目的的特定操作过程(如太阳能电池板、航天飞机发射等)的陶瓷或金属永久胶。但是，常规的粘合剂在温度的变化下往往会显示出结构或性能的下降，而这有时甚至会导致灾难性的后果，例如，高温应用往往采用陶瓷粘合剂或是金属焊接，但由于粘合剂层和目标表面之间的不同热膨胀程度，在宽温度范围内的热转变时不能防止界面剥离。因此，常规的干胶材料有其运用范围的局限性和能达到效果的有限性。

随着海洋强国意识的不断贯彻，对海洋探测的逐步推进，水下压力传感器在海底资源勘探、监测波浪活动、生物捕捞等方面的应用广泛。如何安置水下压力传感器，使之能紧紧粘附于水下各环境的粗糙表面，达到最好的监测效果，常规的干胶材料很难适应海底的环境，在水下粘附力下降，因而急需开发一种新型干胶材料。

由此，着眼于这些市场痛点，了解到消费者期望使用拥有“粘之容易，揭去不难，剥而不损”的优异效果和适用于广泛应用场景的干胶材料，展开了深入挖掘和调研。通过查阅资料，发现许多动物(如壁虎、蜘蛛)，依靠脚掌上的阵列刚毛结构和物体表面的紧密接触，引起分子间的范德华力，使之几乎可以在任何物体的表面自由移动。于是，通过模仿壁虎独特的生理结构和参考前人的研究经验，探究是否能够以模拟阵列结构，加大纤维与基底的接触，从而增大范德华力，使其可以在不同粗糙度的物体表面产生较大的粘附力。

为了达到最佳的粘附效果，经过多次实验，选择碳纳米管作为制作的材料。碳纳米管是一种由单层或多层石墨烯绕某中轴线，沿着某特定的螺旋角卷曲而成的无缝中空管状一维纳米材料。因其特殊的结构特性，碳纳米管具有卓越的力学、电学以及热学性能。以碳纳米管为基本单元构成的阵列碳纳米管宏观体阵列，可在结合碳管自身性能的基础上，实现特定领域(如高低温等)、不同场合下的强力粘附。碳纳米管干胶可以通过构建分级结构使得预压力更均匀地传递至接触表面，以提高大面积粘附时的粘附强度。当碳纳米管干胶与粗糙的物体表面接触时，表面束状结构可轻易插入粗糙表面孔隙中，并在束状结构顶端与孔隙表面接触后，继续产生形变而散开，使得束状碳纳米管的侧边也能够与孔隙内表面充分接触，最终形成的表面束状结构碳纳米管干胶在粗糙表面可获得高粘附强度。这种表面束状的分级结构碳纳米管干胶，其极限使用温度可达1033℃，最大粘附强度可达143N/cm²。

但当前所制备的碳纳米管干胶仍限于某些特定的材料表面进行粘附，不能像壁虎脚掌一样适用于各类粗糙表面，且在水下的应用能力不佳。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于水下粗糙基底的碳纳米管干胶及其制备方法，其利用碳纳米管阵列并结合等离子体处理方法，制备出了在水下粗糙基底上具有较强粘附性能的碳纳米管干胶，并且该种碳纳米管干胶一旦产生粘附作用，将能够一直保持粘附作用，且该粘附强度不会衰退。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于水下粗糙基底的碳纳米管干胶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：