CN107815755B - 多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置和制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碳纳米管复合材料技术领域，具体涉及多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置和制备方法。其中，制备装置包括多个反应管、装有石墨烯分散液的容置槽、导向轮组件、带有通孔的组件以及加捻卷绕装置。与现有技术相比，本发明将反应管制备的碳纳米管聚集体在成型为纤维之前进入石墨烯分散液中进行充分浸润互相结合，同时收缩成型为单根碳纳米管复合纤维，这种经原位复合使碳纳米管与石墨烯的结合力更强，从而能够发挥碳纳米管和石墨烯二者的协同作用，最终得到的复合纤维整体的力学、电学等综合性能得到协同增强。

Description

多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置和制备方法

技术领域

本发明涉及碳纳米管复合材料技术领域，具体涉及多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置和制备方法。

背景技术

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有很多优异的力学、电学和化学性能。而石墨烯作为一种只有单原子层厚度的二维碳纳米材料，具有极高的载流子迁移率，良好的透光性和导电性，较好的半导体性，以及高的比表面积，在纳米电子器件，电极材料等领域具有广泛的应用前景。随着科技的发展，关于石墨烯与碳纳米管复合纤维的研究越来越深入，目的能够发挥石墨烯和碳纳米管的各自优点，使两者的性能最大化。而如何制备机械性能和光电性能优良的碳纳米管石墨烯复合纤维是目前材料界的研究热点。

现有技术制备碳纳米管石墨烯复合纤维的方法，大多是先采用浮动化学气相沉积法即通过单一的反应管制备出碳纳米管聚集体，然后该碳纳米管聚集体成型为单根碳纳米管纤维，接着在成型的单根碳纳米管纤维上复合石墨烯形成单根碳纳米管石墨烯复合纤维，最后再通过加捻装置将多个单根碳纳米管石墨烯复合纤维加捻汇聚成一股较粗的碳纳米管石墨烯复合纤维。上述制备工艺中，为了获得具有不同直径大小的碳纳米管石墨烯复合纤维，主要采用以下两种方式对复合纤维的直径大小进行调节：一种方式是在最后加捻工序中调节，即先制备好单根碳纳米管石墨烯复合纤维，然后选择一定数量的单根碳纳米管石墨烯复合纤维通过加捻并股的方式汇聚成具有不同直径大小的碳纳米管石墨烯复合纤维；另一种方式是在制备单根碳纳米管纤维的工序中调节，即通过调节反应管的管径大小从而制备出具不同直径大小的单根碳纳米管纤维，最后经过加捻后即可获得不同直径大小的复合纤维。但是，发明人经研究发现，上述制备工艺存在以下亟待解决的问题：(1)在已成型的单根碳纳米管纤维上复合石墨烯而形成单根碳纳米管石墨烯复合纤维的制备过程，由于碳纳米管纤维已成型，再复合石墨烯时，石墨烯很难进入到碳纳米管的网络结构中，而只能包覆在已成型的碳纳米管纤维的最外层表面，由此所形成的复合纤维属于核壳结构，不能发挥碳纳米管和石墨烯材料两者的协同作用；(2)对于第一种调节复合纤维直径的方式，即将多个成型的单根碳纳米管石墨烯复合纤维通过加捻并股的方式汇聚成一股较粗的复合纤维，其虽然在直径上可以满足需求，但是，这种加捻并股的方式是通过纯机械作用力使多根碳纳米管石墨烯复合纤维汇聚成一股粗纤维，组成该粗纤维中的每根碳纳米管石墨烯复合纤维之间的结合力较弱，因而粗纤维整体性不强，其力学(如抗拉强度)、电学性能等，还不如单根碳纳米管石墨烯复合纤维的好。因此，最终得到的碳纳米管石墨烯复合纤维的力学、电学等综合性能均无法满足要求；(2)对于第二种调节复合纤维直径的方式，即通过增大反应管的管径来增大单根碳纳米管纤维直径的方式，由于受到化学催化反应条件等因素的限制，反应管管径尺寸的增大只能在一个小范围内进行调节，因而通过单一反应管管径调节单根碳纳米管纤维的直径大小受到限制，只能实现微调；此外，单一反应管所制备的单根碳纳米管纤维产量较低，而且反应管管径尺寸的增大与碳纳米管纤维的产率(即单位时间内制备单根碳纳米管纤维的量)的增长并不是成正比的，即通过增大反应管管径尺寸的方式对碳纳米管产率的提高影响不明显，因此，目前采用单一反应管所制备的碳纳米管纤维的产率较低，从而大大限制了碳纳米管纤维的广泛应用，无法满足大规模工业化生产的需求。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置和制备方法,所制备的碳纳米管石墨烯复合纤维充分发挥碳纳米管和石墨烯两者的协同作用，使复合纤维整体的力学、电学等综合性能得到协同增强，而且复合纤维的直径可在较大范围内进行调节，产率得到显著提高。

发明人经研究发现：用单一反应管制备出的碳纳米聚集体在成型为单根碳纳米管纤维之后再去复合石墨烯，石墨烯很难进入碳纳米管的网络结构中，只能包覆在已成型的纤维最外表面，不能发挥碳纳米管和石墨烯二者的协同作用，而且将采用这种工艺得到的多个单根碳纳米管石墨烯复合纤维再经过加捻并股的方式得到的一股粗纤维整体性不强，每根复合纤维之间的结合力较弱，其力学和电学等综合性能还不如单根复合纤维的。

此外，发明人还发现，用单一反应管制备的单根碳纳米管纤维，由于受到反应条件的限制，即便使反应管管径增大至接近上限值，也并不能使制备的单根碳纳米管纤维的直径得到明显增大，因而难以通过增大反应管的管径来调节复合纤维的直径大小，而且单一反应管的产率低。

发现以上问题后，发明人经过研究想到，反应管制备的碳纳米管聚集体在成型为纤维之前进入石墨烯分散液中进行充分浸润互相结合，同时在石墨烯分散液中收缩成型为单根碳纳米管复合纤维，这种经原位复合得到的单根碳纳米管复合纤维，使石墨烯能充分进入到碳纳米管的网络结构中，使碳纳米管与石墨烯的结合力更强，从而能够发挥碳纳米管和石墨烯二者的协同作用，并通过大量试验证明，最终得到的复合纤维整体的力学、电学等综合性能得到协同增强。

此外，发明人摒弃了采用单一反应管以及如何尽可能增大反应管直径而增大碳纳米管纤维直径的固有思维，发明人经研究想到了另一种思路，如果采用多个反应管同时制备碳纳米管聚集体，不仅可以显著提高产率，而且可以通过调节反应管的数量来调节最终制备的复合纤维的直径大小，即多个反应管同时制备多个碳纳米管聚集体，然后同时进入石墨烯分散液复合并成型得到多个单根碳纳米管石墨烯复合纤维，然后选择所需数量的单根碳纳米管石墨烯复合纤维经过通孔合成一股，再经过后续的加捻卷绕得到所需直径大小的复合纤维，从而实现对复合纤维直径大小的调节。

据此给出以下技术方案：

提供多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，包括：

多个用于合成碳纳米管聚集体的反应管；

装有石墨烯分散液的容置槽，所述容置槽靠近所述反应管的出口端；

导向轮组件，每个反应管合成的碳纳米管聚集体通过所述导向轮组件进入容置槽内浸润一定时间，使碳纳米管聚集体与石墨烯分散液复合并成型为单根碳纳米管石墨烯复合纤维，然后所述单根碳纳米管石墨烯复合纤维再通过所述导向轮组件离开所述容置槽；

带有通孔的组件，用于多个所述单根碳纳米管石墨烯复合纤维穿过所述通孔后汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维；

加捻卷绕装置，用于使所述一股碳纳米管石墨烯复合纤维经过加捻卷绕后结合成一根具有一定直径大小的碳纳米管石墨烯复合纤维。

其中，所述反应管设置为2～4个。

其中，所述容置槽设置于所述反应管的出口端的下方，所述反应管的出口端垂直于石墨烯分散液的液面。

其中，还包括套筒，所述反应管并排设置于所述套筒内或者所述反应管绕所述套筒圆周分布设置。

其中，所述导向轮组件固定于所述容置槽，所述导向轮组件包括上导向轮和下导向轮，上导向轮位于石墨烯分散液的液面以下，下导向轮位于石墨烯分散液的液面以上。

其中，所述通孔的孔径小于1毫米。

其中，所述加捻卷绕装置包括用于使所述碳纳米管石墨烯复合纤维被卷绕收集的卷绕轴、用于驱动所述卷绕轴转动的卷绕驱动机构、用于使所述碳纳米管石墨烯复合纤维被加捻的加捻驱动机构。

本发明还提供多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备方法，该制备方法是采用上述制备装置进行的，其包括以下步骤：

a)多个反应管同时制备碳纳米管聚集体：

向每个反应管内分别通入反应物和载气，反应物在1100-1600℃的恒温下反应生成碳纳米管聚集体；所述反应物包括碳源、催化剂和促进剂；

b)将碳纳米管聚集体浸润至石墨烯分散液进行复合并成型为复合纤维：

步骤a中每个反应管制备的碳纳米管聚集体进入装有石墨烯分散液的容置槽，使碳纳米管聚集体与石墨烯分散液充分浸润互相结合，同时收缩成型为单根碳纳米管石墨烯复合纤维；

c)将多个单根碳纳米管石墨烯复合纤维汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维：

根据最终所需制备的碳纳米管石墨烯复合纤维的直径大小的要求，选择一定数量的步骤b制备的单根碳纳米管石墨烯复合纤维共同穿过所述带有通孔的组件，然后汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维；

d)将一股碳纳米管石墨烯复合纤维通过加捻卷绕合成一根碳纳米管石墨烯复合纤维：

将步骤c制备的一股碳纳米管石墨烯复合纤维经加捻卷绕装置不断地加捻和卷绕后合成一根直径大小可调的碳纳米管石墨烯复合纤维。

其中，步骤a中，所述碳源为甲醇、乙醇、异丙醇中的至少一种；

所述催化剂为二茂铁和二茂镍中的至少一种，其占反应物总质量的0.1-3％；

所述促进剂为噻吩和硫单质中的至少一种，其占反应物总质量的0.1-3％；

所述载气为氢气、氮气或者氢气和惰性气体的混合气体，其中所述氢气的体积百分比为10～100％，所述惰性气体为氩气或氦气；所述载气的气体流量为1～10L/min。

其中，步骤b中，所述石墨烯分散液包括石墨烯和分散剂，所述分散剂为乙醇、DMF和去离子水中的至少一种，所述石墨烯分散液中石墨烯的浓度为0.5～6mg/ml。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)与现有技术在成型为碳纳米管纤维之后再与石墨烯进行复合的制备工艺相比，本发明的制备方法是将反应管制备的碳纳米管聚集体在成型为纤维之前进入石墨烯分散液中进行充分浸润互相结合，同时在石墨烯分散液中收缩成型为单根碳纳米管复合纤维，这种经原位复合得到的多个单根碳纳米管复合纤维经过通孔合成一股粗纤维，最后再经过后续的加捻卷绕合成一根具有一定直径大小的碳纳米管复合纤维，因此，石墨烯能充分进入到碳纳米管的网络结构中，使碳纳米管与石墨烯的结合力更强，从而能够发挥碳纳米管和石墨烯二者的协同作用，使复合纤维整体的力学、电学等综合性能得到协同增强；

(2)本发明摒弃了现有技术采用单一反应管的固有思维，采用多个反应管同时制备碳纳米管聚集体，这样通过调节反应管的数量而获得不同数量的单根碳纳米管复合纤维，从而实现对最终复合纤维直径大小的调节；

(3)本发明的制备装置采用多个反应管，由于每个反应管的反应条件相同，即在同一个加热炉中，单个反应管所需的加热温度和多个反应管所需的加热温度相同，那么在相同加热温度条件下，加热炉的耗电量也是相同的。因此，与单一反应管相比，在同等耗电量下，本发明的产率得到显著提升，成本降低，更好地满足大规模工业化生产的需求，有利于碳纳米管石墨烯复合纤维的产业化应用。

附图说明

图1为本发明的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置的结构示意图。

图2为实施例1的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置的反应管的分布结构示意图。

图3为实施例1的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置的反应管的另一种分布结构示意图。

图4为实施例1的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置的带有通孔的组件的结构示意图。

附图标记：

套管1、反应管2、容置槽3、上导向轮4、下导向轮5、带有通孔的组件6、通孔61、加捻卷绕装置7、卷绕轴71、碳纳米管聚集体8。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

实施例1：

多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，如图1和图4所示，包括套管1、固定于套管1内的多个用于合成碳纳米管聚集体8的反应管2、装有石墨烯分散液的容置槽3、导向轮组件、带有通孔61的组件6以及加捻卷绕装置7，其中：

容置槽3位于反应管2的出口端的下方，并且反应管2的出口端均垂直于石墨烯分散液的液面。导向轮组件固定于容置槽3，导向轮组件包括上导向轮4和下导向轮5，上导向轮4位于石墨烯分散液的液面以下，下导向轮5位于石墨烯分散液的液面以上。实际可根据最终所需复合纤维的直径大小，选择所需反应管2的数量。每个反应管2内经浮动催化化学气相沉积法合成的碳纳米管聚集体8，先通过上导向轮4进入石墨烯分散液内浸润一定时间，使碳纳米管聚集体8与石墨烯分散液充分浸润互相结合，同时收缩成型为单根碳纳米管石墨烯复合纤维，然后将所需数量的单根碳纳米管石墨烯复合纤维再通过下导向轮5伸出石墨烯溶液并穿过通孔61后汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维，最后再经过加捻卷绕装置7一边加捻一边卷绕后结合成一根具有所需直径大小的碳纳米管石墨烯复合纤维。

本实施例中，作为优选的实施方式，反应管2的数量设置为4个，4个反应管2并排设置(如图2所示)或者绕套管1的圆周分布设置(如图3所示)。4个反应管2同时制备出4个碳纳米管聚集体8，然后进入石墨烯分散液后成型得到4根碳纳米管石墨烯复合纤维。由于每个反应管2的反应条件相同，即一个反应管2所需的加热温度和4个反应管2所需的加热温度相同，二者的耗电量也是相同的，因此，与单一反应管2相比，在同等耗电量下，本发明的产率得到显著提升，成本降低，更好地满足大规模工业化生产的需求。

本实施例中，通孔61的孔径小于1毫米，以使通过该通孔61的4根碳纳米管石墨烯复合纤维能够汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维。

本实施例中，加捻卷绕装置7包括用于使碳纳米管石墨烯复合纤维被卷绕收集的卷绕轴71、用于驱动卷绕轴71转动的卷绕驱动机构、用于使碳纳米管石墨烯复合纤维被加捻的加捻驱动机构。卷绕驱动机构和加捻驱动机构(图中未示出)分别驱动卷绕轴71朝两个不同的方向转动，分别进行卷绕和加捻，并根据加捻的程度调节最终复合纤维的直径大小，以上工作原理为现有技术，此处不再详细赘述。工作时，4根碳纳米管石墨烯复合纤维同时经过通孔61汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维，再经过该加捻卷绕装置7不断被卷绕和加捻，并根据加捻程度，最终合成具有所需直径大小的一根碳纳米管石墨烯复合纤维。

与现有技术相比，本发明的制备装置能够通过调节反应管2的数量和加捻的程度来调节最终得到的复合纤维的直径大小，而且碳纳米管和石墨烯的结合为原位复合，最终得到的复合纤维发挥了碳纳米管和石墨烯二者的协同作用，复合纤维整体的力学、电学等综合性能均得到协同增强。

施例2：

多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备方法，该制备方法是采用实施例1的制备装置进行的，如图1至图4所示，具体包括以下步骤：

a)多个反应管2同时制备碳纳米管聚集体8：

采用浮动催化化学气相沉积法，向每个反应管内分别通入反应物和载气，反应物在1100-1600℃的恒温下反应生成碳纳米管聚集体8，反应物包括碳源、催化剂和促进剂，其中：

碳源为甲醇，甲醇中溶解有催化剂和促进剂，催化剂的含量占反应物总质量的1％，促进剂占反应物总质量的2％，催化剂为二茂铁，促进剂为噻吩，载气为氢气，载气的气体流量为1L/min。

b)将碳纳米管聚集体8浸润至石墨烯分散液进行复合并成型为复合纤维：

步骤a中每个反应管制备的碳纳米管聚集体8进入装有石墨烯分散液的容置槽3，使碳纳米管聚集体8与石墨烯分散液充分浸润互相结合，同时收缩成型为单根碳纳米管石墨烯复合纤维；

该步骤中，石墨烯分散液由石墨烯粉体和分散剂经超声波分散制成，分散剂为乙醇、和DMF按照体积比1:1的混合物；石墨烯分散液中，石墨烯的浓度为0.5mg/ml。

c)将多个单根碳纳米管石墨烯复合纤维汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维：

根据最终所需制备的碳纳米管石墨烯复合纤维的直径大小的要求，选择一定数量的步骤b制备的单根碳纳米管石墨烯复合纤维共同穿过带有通孔61的组件6，然后汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维；

d)将一股碳纳米管石墨烯复合纤维通过加捻卷绕合成一根碳纳米管石墨烯复合纤维：

将步骤c制备的一股碳纳米管石墨烯复合纤维经加捻卷绕装置7不断地加捻和卷绕后合成一根直径大小可调的碳纳米管石墨烯复合纤维。

与现有技术在成型为碳纳米管纤维之后再与石墨烯进行复合的制备工艺相比，本发明的制备方法是将反应管2制备的碳纳米管聚集体8在成型为纤维之前进入石墨烯分散液中进行充分浸润互相结合，同时在石墨烯分散液中收缩成型为单根碳纳米管复合纤维，这种经原位复合得到的多个单根碳纳米管复合纤维经过通孔61合成一股粗纤维，最后再经过后续的加捻卷绕合成一根具有一定直径大小的碳纳米管复合纤维，因此，石墨烯能充分进入到碳纳米管的网络结构中，使碳纳米管与石墨烯的结合力更强，从而能够发挥碳纳米管和石墨烯二者的协同作用，使复合纤维整体的力学、电学等综合性能得到协同增强；另一方面，通过调节反应管2的数量和加捻的程度来调节最终复合纤维的直径大小，对于前者，通过调节反应管2的数量，可获得不同数量的单根碳纳米管复合纤维，从而实现最终复合纤维直径大小的可调节。

实施例3：

多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备方法，本实施例的主要技术方案与实施例2的相同，不同之处在于：

步骤a中，碳源为乙醇，乙醇中溶解有催化剂和促进剂，催化剂的含量占反应物总质量的2％，促进剂占反应物总质量的3％，催化剂为二茂镍，促进剂为噻吩，载气为氢气和氦气的混合气体，其中氢气体积百分比为30％；载气的气体流量为5L/min。

步骤b中，石墨烯分散液由石墨烯粉体和分散剂经超声波分散制成，分散剂为DMF和去离子水按照体积比1:2的混合物；石墨烯分散液中，石墨烯的浓度为2mg/ml。

实施例4：

多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备方法，本实施例的主要技术方案与实施例2的相同，不同之处在于：

步骤a中，碳源为异丙醇，异丙醇中溶解有催化剂和促进剂，催化剂的含量占反应物总质量的3％，促进剂占反应物总质量的1％，催化剂为二茂铁，促进剂为硫单质，载气为氦气，载气的气体流量为8L/min。

反应物还包括辅助剂，辅助剂占反应物总质量的1％，具体的，辅助剂为杂原子前驱体。

步骤b中，石墨烯分散液由石墨烯粉体和分散剂经超声波分散制成，分散剂为DMF，石墨烯分散液中石墨烯的浓度为4mg/ml。

实施例5：

多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备方法，本实施例的主要技术方案与实施例2的相同，不同之处在于：

步骤a中，碳源为乙醇，乙醇中溶解有催化剂和促进剂，催化剂的含量占反应物总质量的2％，促进剂占反应物总质量的2％，催化剂为二茂镍，促进剂为硫单质，载气为氢气和氩气的混合气体，其中氢气体积百分比为60％；载气的气体流量为10L/min。

步骤b中，石墨烯分散液由石墨烯粉体和分散剂经超声波分散制成，分散剂为乙醇、DMF和去离子水按照体积比1:1:2的混合物；石墨烯分散液中，石墨烯的浓度为6mg/ml。

实施例6：

多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备方法，本实施例的主要技术方案与实施例2的相同，不同之处在于：

步骤a中，碳源为乙醇和甲醇按照体积比1：1的混合溶液，乙醇中溶解有催化剂和促进剂，催化剂的含量占反应物总质量的3％，促进剂占反应物总质量的2％，催化剂为二茂镍和二茂铁按照体积比2:1的混合溶液，促进剂为噻吩和硫单质按照体积比1:2的混合溶液，载气为氢气和氩气的混合气体，其中氢气体积百分比为80％，；载气的气体流量为3L/min。

步骤b中，石墨烯分散液由石墨烯粉体和分散剂经超声波分散制成，分散剂为乙醇；石墨烯分散液中，石墨烯的浓度为1mg/ml。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：包括：

多个用于合成碳纳米管聚集体的反应管；

装有石墨烯分散液的容置槽，所述容置槽靠近所述反应管的出口端；

导向轮组件，每个反应管合成的碳纳米管聚集体通过所述导向轮组件进入容置槽内浸润一定时间，使碳纳米管聚集体与石墨烯分散液复合并成型为单根碳纳米管石墨烯复合纤维，然后所述单根碳纳米管石墨烯复合纤维再通过所述导向轮组件离开所述容置槽；

带有通孔的组件，用于多个所述单根碳纳米管石墨烯复合纤维穿过所述通孔后汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维；

加捻卷绕装置，用于使所述一股碳纳米管石墨烯复合纤维经过加捻卷绕后结合成一根具有一定直径大小的碳纳米管石墨烯复合纤维；

还包括套筒，所述反应管并排设置于所述套筒内或者所述反应管绕所述套筒圆周分布设置。

2.根据权利要求1所述的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：所述反应管设置为2～4个。

3.根据权利要求1所述的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：所述容置槽设置于所述反应管的出口端的下方，所述反应管的出口端垂直于石墨烯分散液的液面。

4.根据权利要求1所述的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：所述导向轮组件固定于所述容置槽，所述导向轮组件包括上导向轮和下导向轮，上导向轮位于石墨烯分散液的液面以下，下导向轮位于石墨烯分散液的液面以上。

5.根据权利要求1所述的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：所述通孔的孔径小于1毫米。

6.根据权利要求1所述的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：所述加捻卷绕装置包括用于使所述碳纳米管石墨烯复合纤维被卷绕收集的卷绕轴、用于驱动所述卷绕轴转动的卷绕驱动机构、用于使所述碳纳米管石墨烯复合纤维被加捻的加捻驱动机构。

7.多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于：所述制备方法是采用权利要求1至6任意一项所述的制备装置进行的，其包括以下步骤：

a)多个反应管同时制备碳纳米管聚集体：

向每个反应管内分别通入反应物和载气，反应物在1100-1600℃的恒温下反应生成碳纳米管聚集体；所述反应物包括碳源、催化剂和促进剂；

b)将碳纳米管聚集体浸润至石墨烯分散液进行复合并成型为复合纤维：

步骤a中每个反应管制备的碳纳米管聚集体进入装有石墨烯分散液的容置槽，使碳纳米管聚集体与石墨烯分散液充分浸润互相结合，同时收缩成型为单根碳纳米管石墨烯复合纤维；

c)将多个单根碳纳米管石墨烯复合纤维汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维：

根据最终所需制备的碳纳米管石墨烯复合纤维的直径大小的要求，选择一定数量的步骤b制备的单根碳纳米管石墨烯复合纤维共同穿过所述带有通孔的组件，然后汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维；

d)将一股碳纳米管石墨烯复合纤维通过加捻卷绕合成一根碳纳米管石墨烯复合纤维：

将步骤c制备的一股碳纳米管石墨烯复合纤维经加捻卷绕装置不断地加捻和卷绕后合成一根直径大小可调的碳纳米管石墨烯复合纤维。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述碳源为甲醇、乙醇、异丙醇中的至少一种；

所述催化剂为二茂铁和二茂镍中的至少一种，其占反应物总质量的0.1-3％；

所述促进剂为噻吩和硫单质中的至少一种，其占反应物总质量的0.1-3％；

所述载气为氢气、氮气或者氢气和惰性气体的混合气体，其中所述氢气的体积百分比为10～100％，所述惰性气体为氩气或氦气；所述载气的气体流量为1～10L/min。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述石墨烯分散液包括石墨烯粉体和分散剂，所述分散剂为乙醇、DMF和去离子水中的至少一种，所述石墨烯分散液中石墨烯的浓度为0.5～6mg/ml。

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