[发明专利]一种纳米碳纤维及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种纳米碳纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将多元酸、多元胺和增粘剂在溶剂中混合，得到前驱体溶液；

(2)将步骤(1)得到的前驱体溶液进行纺丝，得到前驱体纤维；

(3)对步骤(2)得到的前驱体纤维进行碳化处理，得到所述纳米碳纤维；

步骤(1)所述前驱体溶液中溶质的质量百分含量为10～30％；

步骤(1)所述前驱体溶液的溶质中增粘剂的质量百分含量为10～50％，所述多元酸和多元胺的质量百分含量大于50％；

步骤(1)所述增粘剂包括聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮或聚偏氟乙烯中的任意一种或至少两种的组合；

步骤(1)所述溶剂包括N,N'-二甲基甲酰胺；

所述多元酸包括四元酸和/或二元酸；

所述二元酸包括对苯二甲酸和/或联苯二甲酸；

所述四元酸包括1,4,5,8-萘四甲酸、3,3',4,4'-联苯四甲酸或3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸中的任意一种或至少两种的组合；

所述多元胺包括二胺、三胺或四胺中的任意一种或至少两种的组合；

所述二胺包括苯二胺和/或3,4'-二氨基二苯醚；

所述三胺包括三(4-氨基苯基)胺和/或1,3,5-三氨基苯；

所述四胺包括3,3'-二氨基联苯胺、1,2,4,5-四氨基苯或四(4-氨基苯基)甲烷中的任意一种或至少两种的组合；

步骤(1)所述混合的时间为5～30h；

步骤(1)所述混合的温度不高于25℃；

步骤(2)所述纺丝通过静电纺丝仪进行；

步骤(3)所述碳化处理在加热的条件下进行；

所述加热的方法包括：将体系升温到140～160℃，保温0.3～0.7h，加热到260～300℃，保温0.8～1.2h，加热到400～600℃，保温0.8～1.2h，加热到800～1200℃，保温0.8～1.2h，完成所述加热。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述多元酸和多元胺的摩尔比为1:(0.1～10)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述纺丝之前还包括在所述前驱体溶液中加入添加剂的步骤。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括金属纳米颗粒、陶瓷纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒或金属有机化合物纳米颗粒中的任意一种或至少两种的组合。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括造孔剂。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述纺丝的电压为10～30kV。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述纺丝的供液速率为0.5～1.5mL/h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述纺丝的温度为10～25℃。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述纺丝的湿度为10～85％。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热的升温速率为0.1～10℃/min。

11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述碳化处理在惰性气体保护或真空条件下进行。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体包括氮气和/或氩气。