[发明专利]碳纳米管的定向排列方法及制备装置

说明书

技术领域

本发明属于纳米功能材料加工领域。

背景技术

由于碳纳米管具有非常大的长径比，又具有优异的力学、电学等性能，可以作为纳米纤维增强体和导电纤维添加材料与高分子聚合物材料进行复合，获得具有优良力学性能和良好热稳定性的结构材料或具有良好电学性能、磁学性能、光电子性能和场发射性能的纳米功能复合材料。但在制备碳纳米管复合材料时，由于碳纳米管杂乱分布并容易形成团聚，并且碳纳米管与基体很难形成化学键结合，从而很难获得复合材料预期的增强效果，反而相当于在基体中引入了大量缺陷和夹杂，从而影响复合材料的性能。对碳纳米管的重新定向排列是该领域的重点和难点问题。

虽然，国内外许多研究小组在碳纳米管重新定向排列方面作了一些有意义的研究工作，但是这些研究尚不深入，碳纳米管重新定向排列技术也不成熟，许多实验结果只是部分实现了碳纳米管的有序排列，碳纳米管定向排列程度较低。采用单一物理场定向排列碳纳米管的实验条件苛刻，碳纳米管排列取向度低，各实验结果的差异较大，很难得出一致的结论，制备的碳纳米管排列取向度低的碳纳米管复合材料的性能较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纳米管定向排列方法及制备装置。

本发明是一种碳纳米管的定向排列方法及制备装置，其方法的步骤为：将聚合物和碳纳米管混合物注入到缸体内，用活塞压缩使之通过层流场、磁场，或者用活塞压缩使之通过层流场、电场，使碳纳米管在聚合物中进行向排列。

实施上述方法的制备装置，活塞1安装在第一缸体2中，第一缸体2与第二缸体4同轴连接，磁场线圈7安装在第二缸体4的外园上，第二缸体4的右端出口处安装有第一网孔5，第二缸体4的右端与喷注管12同轴连接，或者第一缸体2与第三缸体11同轴连接，电源正极10安装在第三缸体11的一侧，第三缸体11的右端出口处安装有第三网孔9，第三缸体11的右端与喷注管12同轴连接。

本发明的有益之处在于：

用磁场、静电场及层流场形成的组合物理场同时作用于碳纳米管，使碳纳米管沿场方向均匀有序的定向排列。解决了单一物理场定向排列碳纳米管的实验条件苛刻及碳纳米管定向性差的缺点。制备出的碳纳米管/聚合物复合材料的力学和电学性能比单一物理场定向排列碳纳米管的复合材料优良。能大量生产碳纳米管改性聚合物复合材料。该方法也可以移植于其它一维纳米线的定向排列。

附图说明

图1为本发明制备装置的结构示意图。

图2碳纳米管沿拉伸方向定向排列的电子显微镜照片。

具体实施方式

本发明是一种碳纳米管的定向排列方法及制备装置，其方法的步骤为：将聚合物和碳纳米管混合物注入到缸体内，用活塞压缩使之通过层流场、磁场，或者用活塞压缩使之通过层流场、电场，使碳纳米管在聚合物中进行向排列。

上述方法可以进一步进行组合，将聚合物和碳纳米管混合物注入到缸体内，用活塞压缩使之通过层流场、磁场和电场，或者用活塞压缩使之通过层流场、电场和磁场，使碳纳米管在聚合物中进行向排列。

制备装置的实施例：

实施例1：

如图1所示，实施以上所述方法的制备装置，活塞1安装在第一缸体2中，第一缸体2与第二缸体4同轴连接，磁场线圈7安装在第二缸体4的外园上，第二缸体4的右端出口处安装有第一网孔5，第二缸体4的右端与喷注管12同轴连接。

实施例2：

如图1所示，活塞1安装在第一缸体2中，第一缸体2与第三缸体11同轴连接，电源正极10安装在第三缸体11的一侧，第三缸体11的右端出口处安装有第三网孔9，第三缸体11的右端与喷注管12同轴连接。

实施例3：

如图1所示，活塞1安装在第一缸体2中，第一缸体2与第二缸体4同轴连接，磁场线圈7安装在第二缸体4的外园上，第二缸体4的右端出口处安装有第一网孔5，第二缸体4的右端第三缸体11同轴连接，电源正极10安装在第三缸体11的一侧，在第三缸体11的左端入口处安装有第二网孔6，在第三缸体11的右端出口处安装有第三网孔9，第三缸体11的右端与喷注管12同轴连接。

实施例4：

活塞1安装在第一缸体2中，第一缸体2与第三缸体11同轴连接，电源正极10安装在第三缸体11的一侧，在第三缸体11的左端入口处安装有第二网孔6，在第三缸体11的右端出口处安装有第三网孔9，第三缸体11的右端第二缸体4同轴连接，磁场线圈7安装在第二缸体4的外园上，第二缸体4的右端出口处安装有第一网孔5，第二缸体4的右端与喷注管12同轴连接。

如图1所示，在以上所有实施例中，第一缸体2的内径为0.2m、长度为0.5m，缸体活塞压强为0.2～0.5×10⁶Pa。安装在第二缸体4的外园上磁场线圈7的磁场空间长度为0.5m，磁感应强度为5～10T。安装在第三缸体11的一侧电源正极10形成的电场空间长度为0.1m，电场强度为10000～100000V/m。第一网孔5、第二网孔6第三网孔9的网孔的直径均为5.0×10^-5m。喷注管12的长度为2.5～3.0m。