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专利号: 2019110338801
申请人: 天津工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 织物等的处理;洗涤;其他类不包括的柔性材料
更新日期:2023-09-13
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种制备碳纳米管/碳纳米纤维复合材料膜的新方法,其特征在于:利用同轴静电纺丝技术制备具有壳-核结构的纳米纤维膜,然后通过预氧化、碳化处理得到碳纳米纤维膜,该纤维膜表面均匀分散着催化剂,最后利用化学气相沉积处理技术,得到碳纳米管/碳纳米纤维复合材料膜;其具体步骤如下:(1)按质量分数将聚丙烯腈(PAN)粉末和溶剂混合,经加热搅拌直至分散均匀,制得芯层纺丝液。按质量分数将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)粉末、醋酸镍粉末(NiAc)和溶剂混合,经加热搅拌直至分散均匀,制得壳层纺丝液,静置后利用同轴纺丝成膜;将膜从接受辊上取下放在烘箱中干燥12~24小时;

所述的静电纺丝工艺参数中,环境相对湿度为10~30%,温度为10~35℃,纺丝电压为

20~30kV,壳层进料速率为0.3~0.6mL/h,芯层进料速率为0.6~1.0ml/h,纺丝针头与金属滚筒接收器之间的接收距离为12~20cm;

所述的聚丙烯腈(PAN)的相对分子量为15万,用量12~15%;

所述的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的相对分子量为8万,用量20~25%;催化剂醋酸镍(NiAc)为分析纯,用量为2~4%;

所述的溶剂都选N-N二甲基甲酰胺;

(2)将步骤(1)得到的纳米纤维膜原膜在270℃空气气氛中进行连续预氧化处理;

(3)将步骤(2)预氧化纳米纤维膜在800℃的氮气气氛中进行高温炭化处理,裂解去除壳层PVP,暴露催化剂;

(4)将步骤(3)碳纳米纤维膜放置在CVD设备中处理,先在450℃的氢气气氛下还原1小时,然后在800℃下沉积碳纳米管1小时,沉积时碳源气体甲烷和氮气的流量比例是1∶2。

2.一种如权利要求1所述制备方法得到的碳纳米管/碳纳米纤维复合材料膜,其特征在于:经过化学气相沉积处理,复合材料膜的内部和外部都生长了碳纳米管,具有较高的比表面积和优异的电化学性能。

3.根据权利要求1,2所述复合材料膜的制备方法,其特征在于:采用同轴静电纺丝工艺将催化剂均匀分布在纤维表面,利用高温裂解除去壳层材料,使催化剂均匀暴露在每一根纳米纤维表面,复合材料膜内部和外部纤维的表面都垂直生长出碳纳米管。