[发明专利]一种适用于水下粘附的碳纳米管干胶及其制备方法与应用

说明书

本发明属于碳纳米管干胶相关技术领域，其公开了一种适用于水下粘附的碳纳米管干胶及其制备方法与应用，所述方法包括以下步骤：加热聚多巴胺溶液以使聚多巴胺溶液蒸发，进而使得聚多巴胺包覆在碳纳米管阵列的表面，由此得到改性的碳纳米管干胶。本发明利用特定结构参数的碳纳米管阵列，结合多巴胺改性方法，提升了碳纳米管干胶在水下的粘附强度，能够直接在水下环境进行粘附。同时，多巴胺也具有在不同基底上稳定地粘附性能，二者协同作用，最终使得多巴胺改性碳纳米管干胶在水下的也能保持较高的粘附强度，其粘附强度可以达到34N/cm²，具有较好的耐久性。

技术领域

本发明属于碳纳米管干胶相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于水下粘附的碳纳米管干胶及其制备方法与应用。

背景技术

粘附材料是现代生活与科技的重要组成部分，可以可靠地将两个不同的物体彼此连接。但是在水下环境中，由于水分子会进入粘附界面形成水化膜，降低了粘附材料与基底之间的接触面积；或者，水分子会对某些胶粘剂分子产生溶胀、水化和降解等作用。这导致基于化学交联、机械互锁、范德华力的粘附材料在水下环境中的作用非常有限，有的甚至会出现粘附失效的现象。同时，目前市面上大部分水下胶粘剂都基于环氧树脂体系，虽然这类胶粘剂水下粘附性能好，但其水下作业固化时间久、操作复杂且不可逆。因此，面对海洋环境极端和不可预测的复杂条件，实现简单、可精确控制的水下粘附已成为工程领域待解决的关键性难题之一。

碳纳米管阵列具有超高长径比(＞10⁴)和优异的力学性能，是理想的仿壁虎粘附材料之一，在粘附领域具有独特的优势。目前，其被报道的最高粘附强度可以达到143N/cm²，且仅通过施加一定的预压力即可实现有效的粘附。另一方面，面对海洋环境的不可预测性，碳纳米管在极端环境下(极高或极低温度、真空环境等)，具有优异的结构和机械稳定性，应用前景极佳。然而，由于在水下环境中，水分子会进入碳纳米管阵列中，不仅会在粘附表面上形成一层水化膜，还会导致部分碳纳米管阵列的倒塌，从而降低了碳纳米管在水中的粘附性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于水下粘附的碳纳米管干胶及其制备方法与应用，所述方法利用特定结构参数的碳纳米管阵列，结合多巴胺改性方法，提升了碳纳米管干胶在水下的粘附强度，能够直接在水下环境进行粘附，且本发明解决了碳纳米管干胶在水下粘附强度低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于水下粘附的碳纳米管干胶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

加热聚多巴胺溶液以使聚多巴胺溶液蒸发，进而使得聚多巴胺包覆在碳纳米管阵列的表面，由此得到改性的碳纳米管干胶。

进一步地，所述碳纳米管阵列的高度为50μm～850μm，密度为20mg/cm³～60mg/cm³。

进一步地，所述碳纳米管阵列的高度为300μm～400μm，密度为25mg/cm³～45mg/cm³。

进一步地，所述聚多巴胺溶液的制备包括以下步骤：将盐酸多巴胺溶液加入盐酸缓冲液，使得多巴胺在得到的碱性溶液中氧化自聚以得到聚多巴胺溶液。

进一步地，氧化自聚的时间为1h～2h；所述盐酸多巴胺溶液与盐酸缓冲液组成的溶液中还加入了双氧水。

进一步地，所述盐酸多巴胺溶液的浓度为0.1mg/m～0.5mg/mL；所述盐酸缓冲液的pH范围为8～9。

进一步地，所述碳纳米管阵列的制备包括以下步骤：首先，在硅片基底上依次制备缓冲层和铁催化剂薄膜；接着，将所述硅片基底放置在通有氩气和氨气的管式炉内，升温至700℃～1000℃并保持，同时通入携水氩气和乙烯以制备得到碳纳米管阵列。