[发明专利]高性能柔性碳纳米管导电复合纤维及其制备方法

说明书

本申请关于一种高性能柔性碳纳米管导电复合纤维及其制备方法，涉及导电纤维领域。本申请基于动态键合协同强化策略的湿纺纺丝工艺，充分利用碳纳米管或其衍生物易于功能化的优势，将碳纳米管或其衍生物反应基团和TPU端基同时引入多巴胺或其衍生物分子项链结构，进一步分别通过碳纳米管或其衍生物化学交联和TPU端基物理交联构建分子项链交联多维导电网络结构。实现了零维的银纳米颗粒、一维碳纳米管或其衍生物和二维石墨烯或其衍生物有机紧密结合。解决了现有碳纳米管导电复合纤维存在的一些问题，如导电材料难以均匀分散、应变范围小、灵敏度差等技术问题。

技术领域

本申请涉及导电纤维技术领域，特别涉及一种高性能柔性碳纳米管导电复合纤维及其制备方法。

背景技术

具有高度柔性和敏感特性的导电纤维因具有轻薄便携、电学性能优异和集成度高等特点将促进其在各个领域的巨大应用前景，如可穿戴显示器、电子皮肤和人体运动监测等；而基于金属的导电纤维存在应变范围小、灵敏度低、硬度大、韧性差等缺陷，使其功能经常退化或完全丧失；因此，开发一种具有宽应变、灵敏度和稳定性的新型导电纤维传感器是必然的。

一些导电材料(如炭黑、金属纳米线、碳纳米管、聚苯胺、石墨烯等)的快速发展为导电纤维的转型发展开拓了新的思路，特别是碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。目前有很多研究采用湿法纺丝法制备出碳纳米管纤维，例如：法国波尔多第一大学的Poulin研究组将碳纳米管分散在含有1.0％的十二烷基硫酸钠(SDS)的水溶液中，然后在PVA凝固浴中采用湿法纺丝法制备出碳纳米管纤维，PVA的存在可以提高纤维的成纤能力并改善其力学性能。但是，PVA是不导电的聚合物，碳纳米管纤维中高比例的PVA会降低纤维的导电性(Vigolo,B.；Pénicaud,A.；Coulon,C.；Sauder,C.；Pailler,R.；Journet,C.；Bernier,P.；Poulin,P.Science 2000,290(5495),1331.)。因此，为了制备不含聚合物的碳纳米管纤维。莱斯大学的Kozlov等将碳纳米管分散在发烟硫酸中，然后采用湿法纺丝法制备碳纳米管纤维，由于不含有聚合物，纤维的电导率可以达到500S·cm-1。但是由于浓硫酸的质子化作用，对纤维的表面造成一定程度的缺陷和孔洞，同时降低了纤维的力学性能，另外由于浓硫酸的存在，对生产设备的要求极为苛刻(Kozlov,M.E.；Capps,R.C.；Sampson,W.M.；Ebron,V.H.；Ferraris,J.P.；Baughman,R.H.Adv.Mater.2005,17(5),614.)。通过引入表面活性剂或者强酸，分散碳纳米管，影响碳纳米管的本征结构和性能，从而降低纤维的导电能力，影响其拉伸性能。目前，其拉伸性能还低于商业碳纤维，整体性能也有待进一步提高。