[发明专利]一种基于原位观测的碳纳米管阵列纺丝纤维的装置

权利要求书

1.一种基于原位观测的碳纳米管阵列纺丝纤维的装置，其特征在于，所述基于原位观测的碳纳米管阵列纺丝纤维的装置包括纺丝执行机构、电源控制机构和观测机构；

所述纺丝执行机构包括直线导轨（1）、固定支座（2）、牵引马达（3）、牵引线（4）、加捻马达（5）、碳纳米管阵列（6）、滴管（7）、碳纳米管束（8）和刀片（9）；牵引马达（3）与牵引线（4）相连，牵引线（4）再与加捻马达（5）相连；加捻马达（5）安装在直线导轨（1）上；碳纳米管阵列（6）粘接在固定支座（2）上；用刀片（9）从碳纳米管阵列（6）上剥离出的碳纳米管束（8）一端与碳纳米管阵列（6）相连，另一端与加捻马达（5）相连；滴管（7）放置在碳纳米管束（8）的正上方；

电源控制机构包括直流无极调速器（10）和无级变速控制盒（11），直流无极调速器（10）可以接入220V交流电后输出直流电；无级变速控制盒（11）能够改变直流无极调速器（10）的输出电压大小，直流无极调速器（10）直接接入220V交流电源，直流无极调速器（10）的直流输出端通过导线与无级变速控制盒（11）的输入端连接，无级变速控制盒（11）的输出端通过导线与牵引马达（3）、加捻马达（5）相连供电；并以无级变速控制盒（11）输出的电压大小来改变牵引马达（3）和加捻马达（5）的运行速度；

观测机构包括显微镜（12）、支座（13）和电脑（14），显微镜（12）安装在支座（13）上，放置在碳纳米管束（8）的正上方，显微镜（12）工作时可以将图像实时传输到电脑（14）上；

电脑（14）用于观测纤维直径和加捻的角度；

直线导轨（1）的长度为400mm，安装方向平行于x轴；所述纺丝执行机构沿X主轴方向为纺丝设备，所述纺丝设备包括牵引马达（3）、牵引线（4）、加捻马达（5）、碳纳米管束（8）、碳纳米管阵列（6）和固定支座（2）；

固定支座（2）为一个左侧带有一个伸出平台的三轴精密位移微调平台，固定支座（2）上的伸出平台三轴可调，每个轴的可调节范围为12.5mm，调节精度为40μm；

牵引马达（3）最快转速为10r/min，牵引线（4）左端系在牵引马达（3）的转轴上；

加捻马达（5）的旋转轴上装有一伸出平台，加捻马达（5）最快转速为172r/min，牵引线（4）的右端与加捻马达（5）的左端相连；加捻马达（5）安装在直线导轨（1）上，可以沿直线导轨（1）滑动；当牵引马达（3）逆时针转动时，可以将牵引线（4）向左拉伸缠绕，加捻马达（5）同时沿直线导轨（1）向左移动；

碳纳米管阵列（6）由化学气相沉积法生成；

滴管（7）中为无水乙醇；

所述基于原位观测的碳纳米管阵列纺丝纤维的装置工作原理如下：在实验开始前需要完成碳纳米管阵列（6）的制备，碳纳米管阵列（6）由化学气相沉积法制得；实验开始前，将碳纳米管阵列（6）用双面胶粘接在固定支座（2）的伸出平台上，通过调节固定支座（2）的三轴旋钮使得碳纳米管阵列的高度与加捻马达（5）旋转轴的高度相同；

将碳纳米管阵列（6）粘在固定支座（2）上后，用刀片（9）在碳纳米管阵列（6）上通过范德华力剥离出部分碳纳米管束（8），缓慢将刀片（9）向外拉；先被拉出的碳纳米管束（8）由于和碳纳米管阵列（6）上的其他碳纳米管之间存在范德华力的作用，因此碳纳米管会不断地被拉出，形成一块呈“纱布”状首尾相连的碳纳米管束（8）；

将刀片（9）上的碳纳米管束（8）粘接在加捻马达（5）的旋转轴上，开启牵引马达（3），通过无级变速控制盒（11）控制牵引马达（3）的速度和转动方向；牵引马达（3）通过转动拉动牵引线（4），再拉动加捻马达（5），继续在碳纳米管阵列（6）上拉出更多碳纳米管；通过无级变速控制盒（11）控制加捻马达（5）的速度和转动方向，可以将“纱布”状的碳纳米管束（8）捻成具有一定捻角的碳纳米管纤维；同时通过滴管（7）向纤维上滴入无水乙醇，可以通过无水乙醇挥发所产生的毛细作用力使得纤维更加致密；调节显微镜（12）的放大倍数，同时调节支座（13）的高度，使得可以在显微镜（12）的显示器中清晰地看到加捻后纤维的外观形貌；将显微镜（12）的图像同步到电脑（14）上，通过电脑（14）对纤维的直径、捻角进行测量；通过控制牵引马达（3）的运行时间和速度，可以控制碳纳米管纤维的长度；通过控制加捻马达（5）运行的时间和速度，可以控制碳纳米管纤维的捻角。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，刀片（9）的厚度为0.3mm。