[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

说明书

本发明涉及一种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、观测机构；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)、刀片(9)；电源控制机构包括直流无极调速器(10)、无级变速控制盒(11)；观测机构包括：显微镜(12)、支座(13)、电脑(14)。纺丝装置组装好后整体安装在光学平台上使用。所述装置设计原理简单，易于实现；该装置可制备不同长度、不同捻角的碳纳米管纤维。该装置配备有显微镜，可以在加捻的同时实时测量纤维直径、加捻的角度等参数。结构简单，易于搭建，使用和维修保养方便。

技术领域

本发明属于碳纳米管纤维纺丝设备技术领域，具体涉及一种基于原位观测的碳纳米管阵列纺丝纤维的装置。

背景技术

碳纳米管作为一种新型碳基轻质材料，其力学、电学、热学和光学等性能优越。可以用于制作人工肌肉、超导材料、航空航天器的散热涂层等。然而，单根碳纳米管的尺寸通常为纳米尺度，难以直接将单根的碳纳米管应用到工程实践中去。因此，提出合理的方法将纳米尺度的单根碳纳米管制备成尺度更大的材料，进而继承碳纳米管卓越的纳米特性，这种碳纳米管宏观化的过程对其工程应用具有重要的意义。

现存的制备宏观碳纳米管纤维的方法制出的纤维大多存在催化杂质多、内部松散、取向性差、难以继承单根碳纳米管的各项优异性能的问题；同时，如何控制纺丝过程的角度也难以原位观测，这影响了碳纳米管纤维的设计与装备。因此，开发具备原位观测功能的碳纳米管阵列纺丝纤维设备显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了将化学气相沉积法制成的碳纳米管阵列加捻制成长纤维，提供了一种用于碳纳米管阵列进行纺丝的机械装置，并具有原位实时观测的能力。本发明基于化学气相沉积法制备碳纳米管阵列技术，结合纺丝设备，可以制备出内部结构致密、取向性好和捻角可调的碳纳米管纤维；其特点在于：该装置可制备不同长度和捻角的碳纳米管纤维；该装置配备有高倍光学显微镜，同时与电脑相连接，可以在加捻时原位检测微观纤维的加捻角度，以制备出固定捻角的纤维；装置结构简单，易于搭建，使用和维修保养方便。

本发明使用了高质量的、对齐度良好的碳纳米管阵列，设计了碳纳米管阵列的纺丝设备。与此同时，该设备配备了高倍光学显微镜，使得纤维的捻角以及界面参数可以原位观测，精确调节，具有结构简单，易于搭建，使用和维修保养方便等优点。基于此，本发明实现了用碳纳米管阵列纺出不同长度和不同捻角的宏观碳纳米管纤维。

本发明为了实现上述的发明目的，采用如下的技术方案：

一种基于原位观测的碳纳米管阵列纺丝纤维的装置，所述基于原位观测的碳纳米管阵列纺丝纤维装置包括纺丝执行机构、电源控制机构、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；

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。