[发明专利]机械旋转定向排列碳纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备领域，具体涉及一种碳纳米管定向排列方法。

背景技术

目前碳纳米管与复合材料的研究热点是将碳纳米管在基体材料中均匀分散，定向排列，并能够与基体材料具有很好的界面结合，尤其以碳纳米管的定向排列为难点。

虽然人们研究了很多使碳纳米管在基体材料中定向排列的方法，但均不理想，只能实现在一定范围内的定向排列，且定向度有限，研究一种成本低、定向效果好、工艺简便的方法成为研究的难点。

目前国内外研究碳纳米管在聚合物中的定向排列主要有以下方法。切片法：Ajayan等于1994年发明了一种简单技术来制备定向碳纳米管。他将碳纳米管提纯后和环氧树脂混和，搅拌后用金刚石刀将固化物切成厚度为50nm到1000nm的薄片，它的侧面尺度为几个毫米。拉伸法：L.Jin等将碳纳米管与热塑性有机物混合，然后对其样品两端施加外力，使其沿轴向被拉伸，使碳纳米管定向排列起来。过滤法：de Heer等将多壁碳纳米管分散于乙醇中形成悬浮液，使之通过0.2μm孔径的陶瓷微孔过滤器，在过滤器表面形成了沿孔的轴向排列的碳纳米管薄膜。离心法：2000年，Vigelo将单壁碳纳米管分散于十二烷基硫酸钠溶液中，并形成悬浮液，注入有机溶剂(聚乙烯醇)，同时搅拌液体，碳纳米管在离心力作用下形成了宏观条带，宽度在100μm以下，长度可达几个毫米。

发明内容：

本发明为解决上述技术问题，提供一种有效的解决碳纳米管定向排列的方法，技术路线为：

机械旋转定向排列碳纳米管方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：首先将碳纳米管提纯，然后将提纯后的碳纳米管均匀分散到乳胶状聚合物中，在半干状态下，将匀速转动的转杆插入混合物中转动，得到同心环装定向排列的碳纳米管／聚合物的混合物。

为实现机械旋转法定向排列碳纳米管方法，提纯后的碳纳米管按质量比1％～30％与聚合物混合。

为实现机械旋转法定向排列碳纳米管方法，匀速转动的转杆转速控制在每分钟60～120转，并且沿轴向单一方向转动，转动时间1～2小时。

为实现机械旋转法定向排列碳纳米管方法，乳胶状聚合物采用聚甲基丙烯酸甲酯。

为实现机械旋转法定向排列碳纳米管方法，定向排列完成的碳纳米管／聚甲基丙烯酸甲酯混合物在室温下硬化12～24小时。

本发明有益效果：利用转轮转动带动混合物形成层流场，碳纳米管在层流场中定向排列，此方法操作简单，能大批量生产定向排列的碳纳米管／聚甲基丙烯酸甲酯聚合物。

附图说明

图1为本发明技术原理图

具体实施方式

下面结合实施例进行具体说明：

实施例一：提纯碳纳米管。

由于碳纳米管含有很多杂质，利用浓硫酸和浓硝酸对碳纳米管进行提纯。

实验步骤：

a.取出电弧法制备的沉积物，长度约10厘米、直径约8.5毫米，重量为8g左右，用小刀削去外面银灰色、坚硬的外壳，得到黑色的棒状物；

b.将黑色棒状物放入配好的浓硫酸与浓硝酸混合溶液(体积比为3∶1)中，浸泡4小时；

c.用去离子水通过微孔过滤器慢慢地反复冲洗过滤，使PH值接近7；

d.放到烘干箱中进行烘干，得纯化的碳纳米管。

实施例二：碳纳米管与聚合物混合。

将一定量碳纳米管粉末分散在二甲基甲酰胺中，在室温下超声振荡1小时，得到碳纳米管／二甲基甲酰胺悬浮液。将适量的甲基丙烯酸甲酯溶解在上述液体中，超声振荡1小时，然后加入少量的引发剂偶氮二异丁腈进行聚合反应并持续超声振荡1小时。将聚合物在室温下在通风橱中干燥一定时间，得到半干状态的碳纳米管／聚甲基丙烯酸甲酯复合体系。

实施例三：碳纳米管在混合物中定向排列。

将匀速转动的转轴插入干状态的碳纳米管／聚甲基丙烯酸甲酯复合体系，匀速转动的转杆转速控制在每分钟60～120转，并且沿轴向单一方向转动，转动时间1～2小时。定向排列完成的碳纳米管／聚甲基丙烯酸甲酯混合物在室温下硬化12～24小时。