CN104372444A - 超长碳纳米管宏观纤维及其制备方法以及在电弧中的应用 - Google Patents
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Abstract
超长碳纳米管宏观纤维及其制备方法以及在电弧中的应用，涉及纳米材料技术领域。通过碳纳米管宏观管状连续体制备高强度的碳纳米管宏观纤维。且该碳纳米管宏观纤维在20-30V的直流电压下，在密闭的壳体中，触碰金属电极，可以产生强烈的电弧，产生的电弧可以在瞬间熔化掉金属电极锡、铝或铜。本发明工艺简单易行，不但可以运用到传统金属熔炼、焊接及热处理领域中，在强光源方面的应用也更加明显。本发明的原料简单易得，成本低廉，对环境无污染；产物易于处理，效率高，设备简单，可以实现半连续化操作，适于大量生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米材料技术领域内超长碳纳米管宏观纤维的制备方法及其作为电极在电弧发生装置中的应用。
背景技术
电弧是一种空气导电的现象，产生于两电极之间的强烈且持久的电弧现象。电弧的形成是电极间中性分子和原子被游离的过程。电极被分离时，电极间距离很小，电场强度很高。当电场强度超过3×106 V m-1时，电极表面的电子就会被电场力拉出而形成两电极之间的自由电子。两电极之间电弧燃烧的间隙称为弧隙，电弧形成后，弧隙间的高温能让固体熔化，液体蒸发，化合物分解。因而电弧的强光可以产生高温，故其可应用于较多金属的加工成型等方面，如应用于高熔点金属熔解的电弧炉、应用于难切割金属的线切割机、应用于高温连接的电弧焊机等。
电弧的强度与弧电压和弧电流乘积成正比，为了提高电弧的强度，往往需要电源提供很大功率的电能，而最为直接有效的方式是提高电压数值。工业生产中产生1 cm长的电弧，需要高达10000 V的弧电压，这个电压远高于人体安全电压36 V，因而其在应用时受到限制。
传统电极材料中，金属电极占主导地位，金属作为电极材料存在以下几方面的不足：（1）常用的金属电极，由于其密度较大，影响了其便携性，限制了其在电极材料中的应用；（2）在工业生产中，金属电极产生所需电弧，需要高电压，远超过了人体安全电压36 V；（3）一般金属电极相比碳电极，其熔点较低，在较多场所难于应用；（4）金属电极在电弧发生过程中容易被氧化、熔化，使导电性下降；（5）金属类电极材料，所需原材料都是不可再生资源，大量使用是一种资源的浪费。
作为一种新型的纳米材料，碳纳米管自被发现以来，由于其独特的几何结构与电子能带结构，带来了优异的机械性能、电学性能、热学性能以及电磁性能等，这些优异的性能使碳纳米管存在着极大的潜在应用优势，特别是其优异的电学性能使其在微电子及电接触材料等领域具有很大的应用潜能。
经对现有技术的文献检索发现，把宏观碳纳米管纤维作为电极应用于电弧发生装置的研究目前还处于探索阶段。S. C. Lim, J. H. Jang等在《Applied Physics Letters》（应用物理学快报）2009年第95期264103-1到264103-3页的《Contact resistance between metal and carbon nanotubes interconnects: effect of work function and wettability》（金属与碳纳米管相连产生的接触电阻：对电子逸出功和润湿性的影响）一文中系统研究了在3.9和5.7 eV间不同的金属电极与微观碳纳米管电极在不同工作环境下接触时的现象，但由于使用的碳纳米管电极太细，产生的电弧非常微弱，难于发现。N. Ranjan, M. Mertig等在《physica status solidi (B) 》（固体物理B）2008年第245期2311-2314页的《Dielectrophoretically assembled carbon nanotubes-metal hybrid structures with reduced contact resistance》（介电泳作用下的碳纳米管与金属的复合结构可以降低接触电阻）研究了自底向上组装的单壁碳纳米管与微加工的金电极互联，在碳纳米管与金属复合结构的两端提供0-6 V的电压，电流示数在0-0.4 μA之间波动，由于其使用的碳纳米管分散在溶液中，在微细碳纳米管直径与溶液的影响下，电弧难于显现。在两篇文献中，碳纳米管在较低的电压下与金属电极接触的研究被提及，但由于其使用的是单根微观碳纳变管及特殊的工作环境，难于观察两者间电弧现象。清华大学的韦进全等人在《一种碳纳米管灯丝及其制备方法》（ZL 200310103042.X）一专利中，提出碳纳米管制备的灯丝具有阀值电压低、发光效率高，亮度高的优点。该专利中的双壁碳纳米管制备难以连续，宏观尺寸也受反应器限制，也未提出其作为电极与金属电极的触碰。
发明内容
本发明的目的是针对上面所述缺陷，提供一种可在很低的直流电压条件下产生强烈电弧，并瞬间熔化掉金属电极锡、铝或铜的超长碳纳米管宏观纤维。
本发明的另一目的是提供一种超长碳纳米管宏观纤维的制备方法以及超长碳纳米管宏 观纤维在电弧中的应用。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的。
超长碳纳米管宏观纤维，其特征在于，采用如下步骤制成：通过碳纳米管宏观管状连续体制备高强度的碳纳米管宏观纤维，首先，将从反应器口生成的碳纳米管宏观管状连续体用玻璃棒牵引至反应器口前方的滑轮处，然后，在生成的碳纳米管宏观管状连续体上面喷洒体积分数为15%-80%酒精水溶液，管状的碳纳米管遇酒精收缩，形成柔软的碳纳米管纤维；同时，滑轮在电机的带动下，将制备出的碳纳米管宏观纤维缠绕在滑轮上；由于缠绕时的杂乱性与碳纳米管本身的粘附性，滑轮上面缠绕的碳纳米管纤维杂乱而无序，此时，用镊子对缠绕在滑轮上的碳纳米管纤维进行逐根抽丝分离；最后，得到高强度超长碳纳米管宏观纤维。
超长碳纳米管宏观纤维的制备方法，其特征在于，采用如下步骤制成：通过碳纳米管宏观管状连续体制备高强度的碳纳米管宏观纤维，首先，将从反应器口生成的碳纳米管宏观管状连续体用玻璃棒牵引至反应器口前方的滑轮处，然后，在生成的碳纳米管宏观管状连续体上面喷洒体积分数为15%-80%酒精水溶液，管状的碳纳米管遇酒精收缩，形成柔软的碳纳米管纤维；同时，滑轮在电机的带动下，将制备出的碳纳米管宏观纤维缠绕在滑轮上；由于缠绕时的杂乱性与碳纳米管本身的粘附性，滑轮上面缠绕的碳纳米管纤维杂乱而无序，此时，用镊子对缠绕在滑轮上的碳纳米管纤维进行逐根抽丝分离；最后，得到高强度超长碳纳米管宏观纤维。
所述碳纳米管宏观管状连续体的反应溶液配比及碳纳米管宏观管状连续体的合成方法参照专利ZL201010230938.4。
所述超长碳纳米管宏观纤维的直径为0.1-2 mm，长度为200-1000 mm。
超长碳纳米管宏观纤维在电弧中的应用，其特征在于，依次采用如下步骤：
步骤一，高强度碳纳米管宏观纤维的干燥：将上述抽丝分离得到的超长碳纳米管宏观纤维放到蒸发皿中，置于干燥箱里，调节温度为100-120 oC，干燥30-60 min；
步骤二，电弧发生装置的组装：电弧发生装置的组装材料：一个密闭的壳体提供所需的保护气体氛围，密闭壳体的大小为0.01-0.02 m3；密闭壳体上有一个阀门，可以使气体通入流出；密闭壳体上有两个小孔，孔的直径为1 mm-2 mm，方便金属导线穿入，以便电弧发生在保护气氛围中；密闭壳体的一面为透明材料，方便观察电弧现象；一个直流稳压电源用于提供所需的直流电压，电压的调节范围为0-30 V；两根市售的金属导线，一个金属电极和步骤一中提供的碳纳米管宏观纤维；首先，把两根金属导线的一端连接到直流电源的正负极上，在正极上连接金属电极,负极上连接碳纳米管纤维；将金属电极部分与碳纳米管纤维部分穿过密闭壳体的小孔，然后密封小孔；
步骤三，电弧的产生过程：对步骤二里组装好的密闭壳体进行抽真空，直至压强小于0.01MPa后，将纯度为99.9%-99.999%的保护气通入密闭壳体中，流速控制为0.1-10 L/min，直至密闭壳体里压强与外界大气压相同时，停止气体流入，并关闭密闭壳体的阀门；接通直流电源，调节电压示数，将电源电压从20 V逐渐增大至30 V，用金属电极不断触碰碳纳米管纤维，稳压直流电源的输出电压在13-18 V内变化，电流在1.2-1.8A内变化，电弧现象持续约1s，放出的热量Q=20-25J，金属电极熔化掉其总长度的1/20-1/10，放出的热可以使熔化掉的金属电极升温△T=750-1420 ℃。
步骤一所述金属导线的直径为0.5-1 mm，长度为0.5-1 m。
步骤二所述金属电极为电极为铝、铜、锡中的一种，金属电极的直径为0.5-1 mm，长度为5-10 cm。
步骤三所述的保护气为氩气、氮气、氦气中的一种。
本发明具有如下的有益效果：
第一，直接将从反应器口生成的碳纳米管宏观管状连续体制作成宏观纤维，生产效率高，在实际操作中所制备的碳纳米管纤维，宏观直径可达0.1-2 mm，长度达10 m，远高于传统的方法，并且制备的碳纳米管纤维具有优异的机械性能和优良的柔韧性；第二，碳纳米管纤维作为电极，电极的表面是不光滑的，存在很多微小的碳纳米管束，增加了电极的表面积。用金属电极去触碰碳纳米管纤维时，微小的碳纳米管束与金属电极之间会形成无数的小电弧，无数的小电弧汇聚在一起会产生强烈的大电弧，产生的电弧在20-30 V的直流电压下，瞬间可以熔化掉金属电极锡、铝或铜，电弧强度明显高于金属电极产生的电弧强度。所需电压低于人体安全电压36 V，可以减少人身伤害。第三，碳纳米管纤维属于碳素材料，具有碳素材料的耐高电压和抗电弧烧蚀的性能。使得碳纳米管纤维的结构在发光前后无明显的破坏。第四，碳纳米管纤维优异的导热率，使热量在传输过程中，能量损失比较小。
本发明工艺简单易行，产品不但可以运用到传统金属熔炼、焊接及热处理领域中，在强光源方面的应用也更加明显。本发明的原料简单易得，成本低廉，对环境无污染；产物易于处理，效率高，设备简单，可以实现半连续化操作，适于大量生产。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1。
将从反应器口生成的碳纳米管宏观管状连续体用玻璃棒牵引至反应器口前方的滑轮处，在生成的管状碳纳米管上面喷洒体积分数为50 %的酒精水溶液，形成柔软的碳纳米管纤维。同时，滑轮在电机的带动下，将制备出的碳纳米管宏观纤维缠绕在滑轮上面。然后，用镊子对缠绕在滑轮上的碳纳米管纤维进行逐根抽丝分离，得到直径为1 mm，长度为50 mm的超长碳纳米管宏观纤维。将得到的碳纳米管纤维放到蒸发皿中，置于干燥箱里，调节温度为120 oC，干燥30 min。电弧发生过程在密闭壳体中进行，一个直流稳压电源用于提供所需直流电压。首先，把两根直径为0.5 mm，长度为1 m的金属导线的一端连接到电源的正负极上，在正极上连接金属电极, 电极为锡，直径为1 mm，长度为5 cm，在负极上连接碳纳米管纤维。将锡电极部分与碳纳米管纤维部分穿过密闭壳体的小孔，然后密封小孔。对密闭壳体进行抽真空，直到压强为0.01 MPa，然后将99.999%的保护气氮气以1 L/min的速率流入密闭壳体中，直到密闭壳体里压强与外界大气压相同时，停止气体流入，并关闭所有的阀门。接通直流稳压电源，调节电压为20 V，用金属锡电极不断触碰碳纳米管纤维，稳压直流电源的输出电压变为14 V，电流为1.5 A，电弧现象持续1 s后，放出热量21 J，透过密闭容器可以观察到被熔化掉的金属锡电极。
实施例2。
将从反应器口生成的碳纳米管宏观管状连续体用玻璃棒牵引至反应器口前方的滑轮处，在生成的管状碳纳米管上面喷洒体积分数为50 %的酒精水溶液，形成柔软的碳纳米管纤维。同时，滑轮在电机的带动下，将制备出的碳纳米管宏观纤维缠绕在滑轮上面。然后，用镊子对缠绕在滑轮上的碳纳米管纤维进行逐根抽丝分离，得到直径为1 mm，长度为50 mm的超长碳纳米管宏观纤维。将得到的碳纳米管纤维放到蒸发皿中，置于干燥箱里，调节温度为120 oC，干燥30 min。电弧发生过程在密闭壳体中进行，一个直流稳压电源用于提供所需直流电压。首先，把两根直径为0.5 mm，长度为1 m的金属导线的一端连接到电源的正负极上，在正极上连接金属电极, 电极为铝，直径为1 mm，长度为5 cm，在负极上连接碳纳米管纤维。将铝电极部分与碳纳米管纤维部分穿过密闭壳体的小孔，然后密封小孔。对密闭壳体进行抽真空，直到压强为0.01MPa，然后将99.999%的保护气氮气以1 L/min的速率流入密闭壳体中，直到密闭壳体里压强与外界大气压相同时，停止气体流入，并关闭所有的阀门。接通直流稳压电源，调节电压为20 V，用金属铝电极不断触碰碳纳米管纤维，稳压直流电源的输出电压变为18 V，电流为1.3 A，电弧现象持续1 s后，放出热量23.4 J，透过密闭容器可以观察到被熔化掉的金属铝电极。
实施例3。
将从反应器口生成的碳纳米管宏观管状连续体用玻璃棒牵引至反应器口前方的滑轮处，在生成的管状碳纳米管上面喷洒体积分数为50 %的酒精水溶液，形成柔软的碳纳米管纤维。同时，滑轮在电机的带动下，将制备出的碳纳米管宏观纤维缠绕在滑轮上面。然后，用镊子对缠绕在滑轮上的碳纳米管纤维进行逐根抽丝分离，得到直径为1 mm，长度为50 mm的超长碳纳米管宏观纤维。将得到的碳纳米管纤维放到蒸发皿中，置于干燥箱里，调节温度为120 oC，干燥30 min。电弧发生过程在密闭壳体中进行，一个直流稳压电源用于提供所需直流电压。首先，把两根直径为0.5 mm，长度为1 m的金属导线的一端连接到电源的正负极上，在正极上连接金属电极, 电极为铜，直径为1 mm，长度为5 cm，在负极上连接碳纳米管纤维。将铜电极部分与碳纳米管纤维部分穿过密闭壳体的小孔，然后密封小孔。对密闭壳体进行抽真空，直到压强为0.01MPa，然后将99.999%的保护气氮气以1 L/min的速率流入密闭壳体中，直到密闭壳体里压强与外界大气压相同时，停止气体流入，并关闭所有的阀门。接通直流稳压电源，调节电压为20 V，用金属铜电极不断触碰碳纳米管纤维，稳压直流电源的输出电压变为15 V，电流为1.6 A，电弧现象持续1 s后，放出热量24 J，透过密闭容器可以观察到被熔化掉的金属铜电极。
实施例4。
将从反应器口生成的碳纳米管宏观管状连续体用玻璃棒牵引至反应器口前方的滑轮处，在生成的管状碳纳米管上面喷洒体积分数为50 %的酒精水溶液，形成柔软的碳纳米管纤维。同时，滑轮在电机的带动下，将制备出的碳纳米管宏观纤维缠绕在滑轮上面。然后，用镊子对缠绕在滑轮上的碳纳米管纤维进行逐根抽丝分离，得到直径为1 mm，长度为50 mm的超长碳纳米管宏观纤维。将得到的碳纳米管纤维放到蒸发皿中，置于干燥箱里，调节温度为120 oC，干燥30 min。电弧发生过程在密闭壳体中进行，一个直流稳压电源用于提供所需直流电压。首先，把两根直径为0.5 mm，长度为1 m的金属导线的一端连接到电源的正负极上，在正极上连接金属电极, 电极为锡，直径为1 mm，长度为5 cm，在负极上连接碳纳米管纤维。将锡电极部分与碳纳米管纤维部分穿过密闭壳体的小孔，然后密封小孔。对密闭壳体进行抽真空，直到压强为0.01MPa，然后将99.999%的保护气氮气以1 L/min的速率流入密闭壳体中，直到密闭壳体里压强与外界大气压相同时，停止气体流入，并关闭所有的阀门。接通直流稳压电源，调节电压为30 V，用金属锡电极不断触碰碳纳米管纤维，稳压直流电源的输出电压变为14 V，电流为1.5 A，电弧现象持续1 s后，放出热量21 J,透过密闭容器可以观察到被熔化掉的金属锡电极。
实施例5。
将从反应器口生成的碳纳米管宏观管状连续体用玻璃棒牵引至反应器口前方的滑轮处，在生成的管状碳纳米管上面喷洒体积分数为50 %的酒精水溶液，形成柔软的碳纳米管纤维。同时，滑轮在电机的带动下，将制备出的碳纳米管宏观纤维缠绕在滑轮上面。然后，用镊子对缠绕在滑轮上的碳纳米管纤维进行逐根抽丝分离，得到直径为1 mm，长度为50 mm的超长碳纳米管宏观纤维。将得到的碳纳米管纤维放到蒸发皿中，置于干燥箱里，调节温度为120 oC，干燥30 min。电弧发生过程在密闭壳体中进行，一个直流稳压电源用于提供所需直流电压。首先，把两根直径为0.5 mm，长度为1 m的金属导线的一端连接到电源的正负极上，在正极上连接金属电极, 电极为铝，直径为1 mm，长度为5 cm，在负极上连接碳纳米管纤维。将铝电极部分与碳纳米管纤维部分穿过密闭壳体的小孔，然后密封小孔。对密闭壳体进行抽真空，直到压强为0.01MPa，然后将99.999%的保护气氮气以1 L/min的速率流入密闭壳体中，直到密闭壳体里压强与外界大气压相同时，停止气体流入，并关闭所有的阀门。接通直流稳压电源，调节电压为30 V，用金属铝电极不断触碰碳纳米管纤维，稳压直流电源的输出电压变为18 V，电流为1.3 A，电弧现象持续1 s后，放出的热量23.4 J，透过密闭容器可以观察到被熔化掉的金属铝电极。
实施例6。
将从反应器口生成的碳纳米管宏观管状连续体用玻璃棒牵引至反应器口前方的滑轮处，在生成的管状碳纳米管上面喷洒体积分数为50 %的酒精水溶液，形成柔软的碳纳米管纤维。同时，滑轮在电机的带动下，将制备出的碳纳米管宏观纤维缠绕在滑轮上面。然后，用镊子对缠绕在滑轮上的碳纳米管纤维进行逐根抽丝分离，得到直径为1 mm，长度为50 mm的超长碳纳米管宏观纤维。将得到的碳纳米管纤维放到蒸发皿中，置于干燥箱里，调节温度为120 oC，干燥30 min。电弧发生过程在密闭壳体中进行，一个直流稳压电源用于提供所需直流电压。首先，把两根直径为0.5 mm，长度为1 m的金属导线的一端连接到电源的正负极上，在正极上连接金属电极, 电极为铜，直径为1 mm，长度为5 cm，在负极上连接碳纳米管纤维。将铜电极部分与碳纳米管纤维部分穿过密闭壳体的小孔，然后密封小孔。对密闭壳体进行抽真空，直到压强为0.01MPa，然后将99.999%的保护气氮气以1 L/min的速率流入密闭壳体中，直到密闭壳体里压强与外界大气压相同时，停止气体流入，并关闭所有的阀门。接通直流稳压电源，调节电压为30 V，用金属铜电极不断触碰碳纳米管纤维，稳压直流电源的输出电压变为15 V，电流为1.6 A，电弧现象持续1 s后，放出热量24 J，透过密闭容器可以观察到被熔化掉的金属铜电极。
Claims (10)
1.超长碳纳米管宏观纤维，其特征在于，采用如下步骤制成：通过碳纳米管宏观管状连续体制备高强度的碳纳米管宏观纤维，首先，将从反应器口生成的碳纳米管宏观管状连续体用玻璃棒牵引至反应器口前方的滑轮处，然后，在生成的碳纳米管宏观管状连续体上面喷洒体积分数为15%-80%酒精水溶液，管状的碳纳米管遇酒精收缩，形成柔软的碳纳米管纤维；同时，滑轮在电机的带动下，将制备出的碳纳米管宏观纤维缠绕在滑轮上；由于缠绕时的杂乱性与碳纳米管本身的粘附性，滑轮上面缠绕的碳纳米管纤维杂乱而无序，此时，用镊子对缠绕在滑轮上的碳纳米管纤维进行逐根抽丝分离；最后，得到高强度超长碳纳米管宏观纤维。
2.根据权利要求1所述的超长碳纳米管宏观纤维，其特征在于：所述碳纳米管宏观管状连续体的反应溶液配比及碳纳米管宏观管状连续体的合成方法参照专利ZL201010230938.4。
3.根据权利要求1所述的超长碳纳米管宏观纤维，其特征在于：所述超长碳纳米管宏观纤维的直径为0.1-2 mm，长度为200-1000 mm。
4.权利要求1所述的超长碳纳米管宏观纤维的制备方法，其特征在于，采用如下步骤制成：通过碳纳米管宏观管状连续体制备高强度的碳纳米管宏观纤维，首先，将从反应器口生成的碳纳米管宏观管状连续体用玻璃棒牵引至反应器口前方的滑轮处，然后，在生成的碳纳米管宏观管状连续体上面喷洒体积分数为15%-80%酒精水溶液，管状的碳纳米管遇酒精收缩，形成柔软的碳纳米管纤维；同时，滑轮在电机的带动下，将制备出的碳纳米管宏观纤维缠绕在滑轮上；由于缠绕时的杂乱性与碳纳米管本身的粘附性，滑轮上面缠绕的碳纳米管纤维杂乱而无序，此时，用镊子对缠绕在滑轮上的碳纳米管纤维进行逐根抽丝分离；最后，得到高强度超长碳纳米管宏观纤维。
5.根据权利要求4所述的超长碳纳米管宏观纤维的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管宏观管状连续体的反应溶液配比及碳纳米管宏观管状连续体的合成方法参照专利ZL201010230938.4。
6.根据权利要求4所述的超长碳纳米管宏观纤维的制备方法，其特征在于：所述超长碳纳米管宏观纤维的直径为0.1-2 mm，长度为200-1000 mm。
7.权利要求1所述超长碳纳米管宏观纤维在电弧中的应用，其特征在于，依次采用如下步骤：
步骤一，高强度碳纳米管宏观纤维的干燥：将上述抽丝分离得到的超长碳纳米管宏观纤维放到蒸发皿中，置于干燥箱里，调节温度为100-120 oC，干燥30-60 min；
步骤二，电弧发生装置的组装：电弧发生装置的组装材料：一个密闭的壳体提供所需的保护气体氛围，密闭壳体的大小为0.01-0.02 m3；密闭壳体上有一个阀门，可以使气体通入流出；密闭壳体上有两个小孔，孔的直径为1 mm-2 mm，方便金属导线穿入，以便电弧发生在保护气氛围中；密闭壳体的一面为透明材料，方便观察电弧现象；一个直流稳压电源用于提供所需的直流电压，电压的调节范围为0-30 V；两根市售的金属导线，一个金属电极和步骤一中提供的碳纳米管宏观纤维；首先，把两根金属导线的一端连接到直流电源的正负极上，在正极上连接金属电极,负极上连接碳纳米管纤维；将金属电极部分与碳纳米管纤维部分穿过密闭壳体的小孔，然后密封小孔；
步骤三，电弧的产生过程：对步骤二里组装好的密闭壳体进行抽真空，直至压强小于0.01MPa后，将纯度为99.9%-99.999%的保护气通入密闭壳体中，流速控制为0.1-10 L/min，直至密闭壳体里压强与外界大气压相同时，停止气体流入，并关闭密闭壳体的阀门；接通直流电源，调节电压示数，将电源电压从20 V逐渐增大至30 V，用金属电极不断触碰碳纳米管纤维，稳压直流电源的输出电压在13-18 V内变化，电流在1.2-1.8A内变化，电弧现象持续约1s，放出的热量Q=20-25J，金属电极熔化掉其总长度的1/20-1/10，放出的热可以使熔化掉的金属电极升温△T=750-1420 ℃。
8.根据权利要求7所述超长碳纳米管宏观纤维在电弧中的应用，其特征在于：步骤一所述金属导线的直径为0.5-1 mm，长度为0.5-1 m。
9.根据权利要求7所述超长碳纳米管宏观纤维在电弧中的应用，其特征在于：步骤二所述金属电极为电极为铝、铜、锡中的一种，金属电极的直径为0.5-1 mm，长度为5-10 cm。
10.根据权利要求7所述超长碳纳米管宏观纤维在电弧中的应用，其特征在于：步骤三所述的保护气为氩气、氮气、氦气中的一种。
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|---|---|---|---|---|
| CN106162954A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-11-23 | 江西理工大学 | 一种碳纳米管绳及其制备方法与其作为低温发热体的应用 |
| CN113005759A (zh) * | 2019-12-19 | 2021-06-22 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 | 碳纳米管纤维连续通电增强装置及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1631765A (zh) * | 2004-12-24 | 2005-06-29 | 清华大学 | 一种基于宏观长单壁或双壁碳纳米管束的负光控电导器件 |
| CN1948144A (zh) * | 2006-11-10 | 2007-04-18 | 清华大学 | 一种超长定向的碳纳米管丝/薄膜及其制备方法 |
| CN1982209A (zh) * | 2005-12-16 | 2007-06-20 | 清华大学 | 碳纳米管丝及其制作方法 |
| CN101613895A (zh) * | 2009-06-04 | 2009-12-30 | 天津大学 | 基于化学气相流纺丝法惰性气氛中制备碳纳米管纤维的工艺方法 |
| CN102704041A (zh) * | 2012-05-21 | 2012-10-03 | 复旦大学 | 一种取向螺旋碳纳米管纤维及其制备方法和用途 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1631765A (zh) * | 2004-12-24 | 2005-06-29 | 清华大学 | 一种基于宏观长单壁或双壁碳纳米管束的负光控电导器件 |
| CN1982209A (zh) * | 2005-12-16 | 2007-06-20 | 清华大学 | 碳纳米管丝及其制作方法 |
| CN1948144A (zh) * | 2006-11-10 | 2007-04-18 | 清华大学 | 一种超长定向的碳纳米管丝/薄膜及其制备方法 |
| CN101613895A (zh) * | 2009-06-04 | 2009-12-30 | 天津大学 | 基于化学气相流纺丝法惰性气氛中制备碳纳米管纤维的工艺方法 |
| CN102704041A (zh) * | 2012-05-21 | 2012-10-03 | 复旦大学 | 一种取向螺旋碳纳米管纤维及其制备方法和用途 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106162954A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-11-23 | 江西理工大学 | 一种碳纳米管绳及其制备方法与其作为低温发热体的应用 |
| CN106162954B (zh) * | 2016-06-21 | 2019-09-13 | 北京旭江科技有限公司 | 一种碳纳米管绳及其制备方法与其作为低温发热体的应用 |
| CN113005759A (zh) * | 2019-12-19 | 2021-06-22 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 | 碳纳米管纤维连续通电增强装置及方法 |
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