CN117512991A - 一种在基材上包覆碳纳米管的方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在基材上包覆碳纳米管的方法及应用，方法为：采用溶剂将基材润湿后，将其与碳纳米管筒状物接触，即实现在基材上包覆碳纳米管，其中，溶剂为水、乙醇或丙酮；应用即采用在基材上包覆碳纳米管的方法制得碳纳米管包覆纱后，将碳纳米管包覆纱通过织造方式制成导电织物。本发明在基材上包覆碳纳米管的方法简单，可实现基材与碳纳米管的紧密结合，制得的导电织物不仅具有良好的导电性，还具有很好的机械柔韧性，在柔性超级电容器和柔性电加热器等领域具有良好的应用前景。

Description

一种在基材上包覆碳纳米管的方法及应用
技术领域
本发明属于功能性织物技术领域，涉及一种在基材上包覆碳纳米管的方法及应用。
背景技术
随着科技的发展和人们生活水平的提高，可穿戴电子产品逐渐兴起，在学术界和工业界都有着广泛的应用前景。一些基材（纤维、纱线或织物）具有优良的力学性能、可洗性、耐磨性、透气性等特点，被认为是构建柔性可穿戴电子产品的理想基底。然而，这些基材中绝大部分都是不导电的，限制了它们在可穿戴领域的应用。碳纳米管作为一种无机纳米材料，具有优良的电学、力学、和化学性能，若能将其包覆在基材表面，则可以提高基材的性能。
现有技术多采用浸渍-涂覆法将碳纳米管包覆在基材表面。文献(Cellulose,2019, 26, 7569; Compos. Sci. Technol., 2023, 241, 110115.)先将碳纳米管粉末分散后，再将纱线多次浸入分散液中以制备得到碳纳米管复合纱线。但这种方式会限制内层纱线的运动，并使其变得僵硬，且不能连续化制备。此外，由于基材与碳纳米管之间的结合力较弱，在反复机械变形过程中可能存在碳纳米管脱落的风险，从而影响基材的性能。专利CN102131980A的专利也指出上述这种方法制备的复合纱线表面碳纳米管分布不均匀，导电性不高，且碳纳米管的附着力低，容易导致其从纱线表面脱落。因此，迫切需要新的有效策略来提高基材的导电性，能够连续化制备并同时获得稳定的性能。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种在基材上包覆碳纳米管的方法及应用。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种在基材上包覆碳纳米管的方法，采用溶剂将基材润湿后，将其与碳纳米管筒状物接触，即实现在基材上包覆碳纳米管，其中，溶剂为水、乙醇或丙酮。
采用水、乙醇或丙酮将基材润湿后，将其与碳纳米管筒状物接触后，由于水、乙醇或丙酮与碳纳米管之间具有较强的相互作用力，使得碳纳米管可以直接收缩成膜状并紧紧包覆在基材表面。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，碳纳米管筒状物是宏观的，由微观的碳纳米管组成，碳纳米管筒状物中的碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管，层数为1-20层。
如上所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，碳纳米管筒状物采用浮动化学气相沉积法制备得到。
如上所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，碳纳米管筒状物的制备过程为：将催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物通过蠕动泵，并在载气的携带下进入反应器中反应，即得碳纳米管筒状物，其中，催化剂前驱体为铁、镍或钴的有机化合物或无机盐，生长促进剂为含硫有机物，碳源为碳氢化合物。
如上所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，催化剂前驱体为二茂铁，生长促进剂为噻吩，碳源为乙醇；碳源、催化剂前驱体、生长促进剂的质量比为98.8-99.0:0.4-0.6:0.4-0.8（例如98.8:0.6:0.6、98.8:0.4:0.8、99.0:0.4:0.6、98.8:0.6:0.6、99.0:0.6:0.4）；催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物进入反应器的速率为0.5-2mL min-1，反应的温度为1000-1400℃；载气为氮气或惰性气体。
现有技术的载气为氢气或者混合气体，易燃，安全性差，本发明中碳源、催化剂前驱体、生长促进剂的选用和配比不同于现有技术，使得本发明的载气可以为氮气或惰性气体，氮气或惰性气体不是可燃气体，可以最大程度保证安全性。
如上所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，基材为纤维、纱线或织物。
如上所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，基材为纱线。
如上所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，纱线由天然纤维和/或化学纤维组成，天然纤维为棉、麻、丝或动物纤维，化学纤维为涤纶、锦纶、腈纶、氯纶、维纶、氨纶、丙纶、粘胶纤维或醋酯纤维。
如上所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，具体步骤如下：
（1）将碳纳米管筒状物挤出到空气中，由于碳纳米管筒状物质量很轻，因此其会悬浮在空气中；
（2）采用所述溶剂将纱线润湿使其带液率为10-30wt.%，具体方式不限，只要能够将纱线润湿即可，例如将纱线绕在纱筒上，在纱线退绕的路径上，于一个固定位置以2-10mLmin-1的滴加速率持续滴加所述溶剂；
（3）将润湿的纱线靠近碳纳米管筒状物，经水浴后连续收集、干燥，碳纳米管筒状物接触到润湿的纱线后，在几秒内就会发生收缩；
（4）重复步骤（2）-（3）0-9次，干燥（在60℃烘箱中干燥2-4h），得到碳纳米管包覆纱，其中，每次重复时，步骤（2）采用的纱线为上一个步骤（3）得到的产物。
本发明还提供一种碳纳米管包覆纱，采用上述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法制得，由纱线以及包覆在纱线表面的碳纳米管层组成。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种碳纳米管包覆纱，纱线的直径为100-500μm，碳纳米管层的厚度为1-30μm。
本发明还提供一种碳纳米管包覆纱的应用，将碳纳米管包覆纱通过织造方式制成导电织物。
如上所述的一种碳纳米管包覆纱的应用，织造方式为机织或者针织。
如上所述的一种碳纳米管包覆纱的应用，现有技术采用直接涂覆法制得的碳纳米管包覆纱碳纳米管容易脱落，本发明的碳纳米管包覆纱相对于现有技术的碳纳米管包覆纱不仅具有良好的导电性，更重要的是，在反复的机械变形过程中碳纳米管层不易脱落，具有良好的机械柔韧性，并且制备方法简单、高效，易于连续化制备；导电织物应用于柔性超级电容器中，电化学测试表明，经过5000次弯曲后柔性超级电容器的电容为电容初始值的95%以上；导电织物应用于可穿戴加热器中，电热测试表明，当施加5V的电压后，导电织物在15s内到达饱和温度，可以达到适应人体（37℃）的温度（40℃）。
有益效果
（1）本发明的在基材上包覆碳纳米管的方法比较简单、可用于规模化生产。
（2）本发明制备的碳纳米管包覆纱织物，具有良好的导电性，碳纳米管层紧紧包覆在纱线表面，在反复的机械变形过程中碳纳米管层不易脱落，具有良好的机械柔韧性。
附图说明
图1为本发明的碳纳米管包覆纱和导电织物的示意图；
图2为实施例1中制备的碳纳米管包覆纱的扫描电镜图；
图3为实施例2中制备的碳纳米管包覆纱的扫描电镜图；
图4为实施例3中制备的导电织物的实物图；
图5为实施例3中制备的导电织物在施加电压为5V时的温度-时间曲线；
图6为实施例4中制备的柔性超级电容器在180°弯曲5000次后的电容保持率；
其中，1-纱线，2-碳纳米管层。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
以下各实施例中使用碳纳米管包覆纱制备导电织物的具体过程为：采用自动化纬编针织机将碳纳米管包覆纱编织得到织物，其中针数为200N，转速为160r min-1。
以下各实施例中将导电织物应用于柔性超级电容器中的方法为：首先将导电织物置于0.5mol L-1的硫酸溶液中并采用循环伏安法对其进行表面预处理，其中循环伏安法的扫描速率为20mV s-1，电压范围为-0.16-2.04V，循环次数为20；将预处理过的织物浸入吡咯溶液中，再滴加三氯化铁溶液以引发聚合反应，聚合的温度保持在5℃，聚合时间为1h，三氯化铁溶液的浓度为2mol L-1，且三氯化铁与吡咯的摩尔比为2:1；将以上步骤制备所得的织物电极裁剪成两片相同尺寸（1×2cm2），再和聚乙烯醇/硫酸凝胶电解质组装后得到柔性超级电容器。
以下各实施例中将导电织物应用于可穿戴加热器中的方法为：将导电织物裁剪下10×20cm2大小作为样品，用直流电源对其两端施加电压（5V）。
以下各实施例中经过5000次弯曲后柔性超级电容器的电容测试方法为：将组装的超级电容器两端分别固定在自制的支架上，同时电容器的两端分别接上电化学工作站的电极夹，以180°每弯曲500次后，通过恒电流充放电测试曲线计算电容器的电容。
以下各实施例中导电织物应用于可穿戴加热器中时，导电织物到达饱和温度的时间的测试方法为：用直流电源对其两端施加电压（5V）时，同时用红外热像仪检测导电织物表面的温度变化，当温度不变时，根据测试所得曲线记录导电织物到达饱和温度的时间。
实施例1
一种在基材上包覆碳纳米管的方法，具体步骤如下：
（1）准备材料：
基材：由棉制成的纱线，直径为250μm；
催化剂前驱体：二茂铁；
生长促进剂：噻吩；
碳源：乙醇；
溶剂：乙醇；
（2）采用浮动化学气相沉积法制备碳纳米管筒状物：
将催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物通过蠕动泵，并在载气的携带下进入反应器中反应，即得碳纳米管筒状物；其中，催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物中，碳源、催化剂前驱体、生长促进剂的质量比为98.8:0.6:0.6；催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物进入反应器的速率为1mL min-1，反应的温度为1200℃，载气为高纯氮；
制得的碳纳米管筒状物中的碳纳米管为多壁碳纳米管；
（3）在基材上包覆碳纳米管：
（3.1）将碳纳米管筒状物挤出到空气中；
（3.2）采用所述溶剂将纱线润湿使其带液率为20wt.%；
（3.3）将润湿的纱线靠近碳纳米管筒状物，经水浴后连续收集、干燥；
（3.4）重复步骤（3.2）-（3.3）2次，在60℃烘箱中干燥3h，即得到碳纳米管包覆纱，其中，每次重复时，步骤（3.2）采用的纱线为上一个步骤（3.3）得到的产物。
最终制得的碳纳米管包覆纱，如图1和图2所示，由纱线1以及包覆在纱线表面的碳纳米管层2组成，碳纳米管层2的厚度为6μm。
采用上述制得的碳纳米管包覆纱通过针织的方式制成导电织物（如图1所示），导电织物应用于柔性超级电容器中，电化学测试表明，经过5000次弯曲后柔性超级电容器的电容为电容初始值的98%；导电织物应用于可穿戴加热器中，电热测试表明，当施加5V的电压后，导电织物到达饱和温度的时间为12s。
对比例1
一种在基材上包覆碳纳米管的方法，基本同实施例1，不同之处仅在于：步骤（3）采用现有技术的直接涂覆法制得的碳纳米管包覆纱，具体步骤为：
（1）将0.3g碳纳米管粉末分散于50mL去离子水中，通过超声波细胞粉碎仪超声处理得到均匀的碳纳米管分散液；
（2）将纱线浸入到碳纳米管分散液中，干燥，重复上述步骤9次，最后在烘箱中干燥，即得碳纳米管包覆纱。
最终制得的碳纳米管包覆纱，由纱线以及包覆在纱线表面的碳纳米管层组成。
采用本对比例制得的碳纳米管包覆纱通过机织或者针织的方式制成导电织物，导电织物应用于柔性超级电容器中，该柔性超级电容器的电容初始值与实施例1的柔性超级电容器的电容初始值相同；电化学测试表明，经过5000次弯曲后柔性超级电容器的电容为电容初始值的85%；导电织物应用于可穿戴加热器中，电热测试表明，当施加5V的电压后，导电织物到达饱和温度的时间为60s。
对比例1和实施例1相比，对比例1制备碳纳米管包覆纱的方法较为复杂，制备的碳纳米管包覆纱制成的导电织物应用于柔性超级电容器和可穿戴加热器中，获得的性能均低于实施例1；这是因为碳纳米管容易团聚，分散较难，多次浸渍后棉纱线表面所能沉积的碳纳米管层有限，导致制得的包覆纱的导电性低于实施例1；多次的浸渍-干燥工艺也会导致包覆纱变得僵硬，5000次弯曲后也会存在少许碳纳米管脱落的现象，因而其应用于超级电容器中的性能较差；当其应用于可穿戴加热器时，其较差的导电性也会影响升温速率，导致升温较慢。
实施例2
一种在基材上包覆碳纳米管的方法，具体步骤如下：
（1）准备材料：
基材：由维纶制成的纱线，直径为100μm；
催化剂前驱体：二茂铁；
生长促进剂：噻吩；
碳源：乙醇；
溶剂：乙醇；
（2）采用浮动化学气相沉积法制备碳纳米管筒状物：
将催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物通过蠕动泵，并在载气的携带下进入反应器中反应，即得碳纳米管筒状物；其中，催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物中，碳源、催化剂前驱体、生长促进剂的质量比为98.8:0.6:0.6；催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物进入反应器的速率为1mL min-1，反应的温度为1200℃，载气为高纯氮；
制得的碳纳米管筒状物中的碳纳米管为多壁碳纳米管；
（3）在基材上包覆碳纳米管：
（3.1）将碳纳米管筒状物挤出到空气中；
（3.2）采用所述溶剂将纱线润湿使其带液率为15wt.%；
（3.3）将润湿的纱线靠近碳纳米管筒状物，经水浴后连续收集、干燥；
（3.4）在60℃烘箱中干燥2h，即得到碳纳米管包覆纱。
最终制得的碳纳米管包覆纱，如图3所示，由纱线1以及包覆在纱线表面的碳纳米管层2组成，碳纳米管层2的厚度为4μm。
采用上述制得的碳纳米管包覆纱通过针织的方式制成导电织物，导电织物应用于柔性超级电容器中，电化学测试表明，经过5000次弯曲后柔性超级电容器的电容为电容初始值的96%；导电织物应用于可穿戴加热器中，电热测试表明，当施加5V的电压后，导电织物到达饱和温度的时间为13s。
实施例3
一种在基材上包覆碳纳米管的方法，具体步骤如下：
（1）准备材料：
基材：由锦纶制成的纱线，直径为400μm；
催化剂前驱体：二茂铁；
生长促进剂：噻吩；
碳源：乙醇；
溶剂：乙醇；
（2）采用浮动化学气相沉积法制备碳纳米管筒状物：
将催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物通过蠕动泵，并在载气的携带下进入反应器中反应，即得碳纳米管筒状物；其中，催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物中，碳源、催化剂前驱体、生长促进剂的质量比为98.8:0.6:0.6；催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物进入反应器的速率为1.2mL min-1，反应的温度为1200℃，载气为高纯氮；
制得的碳纳米管筒状物中的碳纳米管为多壁碳纳米管；
（3）在基材上包覆碳纳米管：
（3.1）将碳纳米管筒状物挤出到空气中；
（3.2）采用所述溶剂将纱线润湿使其带液率为30wt.%；
（3.3）将润湿的纱线靠近碳纳米管筒状物，经水浴后连续收集、干燥；
（3.4）重复步骤（3.2）-（3.3）3次，在60℃烘箱中干燥4h，即得到碳纳米管包覆纱，其中，每次重复时，步骤（3.2）采用的纱线为上一个步骤（3.3）得到的产物。
最终制得的碳纳米管包覆纱，由纱线以及包覆在纱线表面的碳纳米管层组成，碳纳米管层的厚度为8μm。
采用上述制得的碳纳米管包覆纱通过针织的方式制成导电织物（如图4所示），导电织物应用于柔性超级电容器中，电化学测试表明，经过5000次弯曲后柔性超级电容器的电容为电容初始值的96%（如图6所示）；导电织物应用于可穿戴加热器中，电热测试表明，当施加5V的电压后，导电织物到达饱和温度的时间为11s（如图5所示）。
实施例4
一种在基材上包覆碳纳米管的方法，具体步骤如下：
（1）准备材料：
基材：由棉和氨纶制成的纱线（棉和氨纶的质量比为9:1），直径为500μm；
催化剂前驱体：二茂铁；
生长促进剂：噻吩；
碳源：乙醇；
溶剂：乙醇；
（2）采用浮动化学气相沉积法制备碳纳米管筒状物：
将催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物通过蠕动泵，并在载气的携带下进入反应器中反应，即得碳纳米管筒状物；其中，催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物中，碳源、催化剂前驱体、生长促进剂的质量比为98.8:0.6:0.6；催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物进入反应器的速率为1.2mL min-1，反应的温度为1200℃，载气为高纯氮；
制得的碳纳米管筒状物中的碳纳米管为多壁碳纳米管；
（3）在基材上包覆碳纳米管：
（3.1）将碳纳米管筒状物挤出到空气中；
（3.2）采用所述溶剂将纱线润湿使其带液率为30wt.%；
（3.3）将润湿的纱线靠近碳纳米管筒状物，经水浴后连续收集、干燥；
（3.4）重复步骤（3.2）-（3.3）9次，在60℃烘箱中干燥4h，即得到碳纳米管包覆纱，其中，每次重复时，步骤（3.2）采用的纱线为上一个步骤（3.3）得到的产物。
最终制得的碳纳米管包覆纱，由纱线以及包覆在纱线表面的碳纳米管层组成，碳纳米管层的厚度为10μm。
采用上述制得的碳纳米管包覆纱通过针织的方式制成导电织物，导电织物应用于柔性超级电容器中，电化学测试表明，经过5000次弯曲后柔性超级电容器的电容为电容初始值的97%；导电织物应用于可穿戴加热器中，电热测试表明，当施加5V的电压后，导电织物到达饱和温度的时间为10s。
实施例5
一种在基材上包覆碳纳米管的方法，具体步骤如下：
（1）准备材料：
基材：由涤纶制成的纱线，直径为200μm；
催化剂前驱体：二茂铁；
生长促进剂：噻吩；
碳源：甲醇；
溶剂：水；
（2）采用浮动化学气相沉积法制备碳纳米管筒状物：
将催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物通过蠕动泵，并在载气的携带下进入反应器中反应，即得碳纳米管筒状物；其中，催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物中，碳源、催化剂前驱体、生长促进剂的质量比为98.8:0.4:0.8；催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物进入反应器的速率为1.5mL min-1，反应的温度为1300℃，载气为高纯氮；
制得的碳纳米管筒状物中的碳纳米管为多壁碳纳米管；
（3）在基材上包覆碳纳米管：
（3.1）将碳纳米管筒状物挤出到空气中；
（3.2）采用所述溶剂将纱线润湿使其带液率为20wt.%；
（3.3）将润湿的纱线靠近碳纳米管筒状物，经水浴后连续收集、干燥；
（3.4）重复步骤（3.2）-（3.3）5次，在60℃烘箱中干燥3h，即得到碳纳米管包覆纱，其中，每次重复时，步骤（3.2）采用的纱线为上一个步骤（3.3）得到的产物。
最终制得的碳纳米管包覆纱，由纱线以及包覆在纱线表面的碳纳米管层组成，碳纳米管层的厚度为18μm。
采用上述制得的碳纳米管包覆纱通过针织的方式制成导电织物，导电织物应用于柔性超级电容器中，电化学测试表明，经过5000次弯曲后柔性超级电容器的电容为电容初始值的95%；导电织物应用于可穿戴加热器中，电热测试表明，当施加5V的电压后，导电织物到达饱和温度的时间为7s。
实施例6
一种在基材上包覆碳纳米管的方法，具体步骤如下：
（1）准备材料：
基材：涤纶纤维，规格为150D；
催化剂前驱体：二茂铁；
生长促进剂：噻吩；
碳源：甲醇；
溶剂：丙酮；
（2）采用浮动化学气相沉积法制备碳纳米管筒状物：
将催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物通过蠕动泵，并在载气的携带下进入反应器中反应，即得碳纳米管筒状物；其中，催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物中，碳源、催化剂前驱体、生长促进剂的质量比为99.0:0.6:0.4；催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物进入反应器的速率为1.5mL min-1，反应的温度为1400℃，载气为氩气；
制得的碳纳米管筒状物中的碳纳米管为多壁碳纳米管；
（3）在基材上包覆碳纳米管：
（3.1）将碳纳米管筒状物挤出到空气中；
（3.2）采用所述溶剂将纤维润湿使其带液率为20wt.%；
（3.3）将润湿的纤维靠近碳纳米管筒状物，经水浴后连续收集、干燥；
（3.4）在60℃烘箱中干燥4h，即得到碳纳米管包覆的纤维。
最终制得的碳纳米管包覆的纤维，由纤维以及包覆在纤维表面的碳纳米管层组成，碳纳米管层的厚度为2μm。
将两股上述制得的碳纳米管包覆的纤维并丝制成纱线后，通过针织的方式制成导电织物，导电织物应用于柔性超级电容器中，电化学测试表明，经过5000次弯曲后柔性超级电容器的电容为电容初始值的95%；导电织物应用于可穿戴加热器中，电热测试表明，当施加5V的电压后，导电织物到达饱和温度的时间为15s。
实施例7
一种在基材上包覆碳纳米管的方法，具体步骤如下：
（1）准备材料：
基材：针织棉织物，规格为40支×40支；
催化剂前驱体：二茂铁；
生长促进剂：噻吩；
碳源：甲醇；
溶剂：水；
（2）采用浮动化学气相沉积法制备碳纳米管筒状物：
将催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物通过蠕动泵，并在载气的携带下进入反应器中反应，即得碳纳米管筒状物；其中，催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物中，碳源、催化剂前驱体、生长促进剂的质量比为99.0:0.4:0.6；催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物进入反应器的速率为1.5mL min-1，反应的温度为1400℃，载气为氩气；
制得的碳纳米管筒状物中的碳纳米管为多壁碳纳米管；
（3）在基材上包覆碳纳米管：
（3.1）将碳纳米管筒状物挤出到空气中；
（3.2）采用所述溶剂将织物润湿使其带液率为30wt.%；
（3.3）将润湿的织物靠近碳纳米管筒状物，经水浴后连续收集、干燥；
（3.4）重复步骤（3.2）-（3.3）9次，在60℃烘箱中干燥4h，即得到碳纳米管包覆的织物，其中，每次重复时，步骤（3.2）采用的织物为上一个步骤（3.3）得到的产物。
最终制得的碳纳米管包覆的织物，由织物以及包覆在织物表面的碳纳米管层组成，碳纳米管层的厚度为20μm。
将上述制得的碳纳米管包覆的织物作为导电织物应用于柔性超级电容器中，电化学测试表明，经过5000次弯曲后柔性超级电容器的电容为电容初始值的93%；导电织物应用于可穿戴加热器中，电热测试表明，当施加5V的电压后，导电织物到达饱和温度的时间为8s。

Claims (10)

1.一种在基材上包覆碳纳米管的方法，其特征在于，采用溶剂将基材润湿后，将其与碳纳米管筒状物接触，即实现在基材上包覆碳纳米管，其中，溶剂为水、乙醇或丙酮。
2.根据权利要求1所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，其特征在于，碳纳米管筒状物中的碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管，层数为1-20层。
3.根据权利要求2所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，其特征在于，碳纳米管筒状物采用浮动化学气相沉积法制备得到。
4.根据权利要求3所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，其特征在于，碳纳米管筒状物的制备过程为：将催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物通过蠕动泵，并在载气的携带下进入反应器中反应，即得碳纳米管筒状物，其中，催化剂前驱体为铁、镍或钴的有机化合物或无机盐，生长促进剂为含硫有机物，碳源为碳氢化合物。
5.根据权利要求4所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，其特征在于，催化剂前驱体为二茂铁，生长促进剂为噻吩，碳源为乙醇；碳源、催化剂前驱体、生长促进剂的质量比为98.8-99.0:0.4-0.6:0.4-0.8；催化剂前驱体、生长促进剂和碳源的混合物进入反应器的速率为0.5-2mL min-1，反应的温度为1000-1400℃；载气为氮气或惰性气体。
6.根据权利要求1所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，其特征在于，基材为纱线。
7.根据权利要求6所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将碳纳米管筒状物挤出到空气中；
（2）采用所述溶剂将纱线润湿使其带液率为10-30wt.%；
（3）将润湿的纱线靠近碳纳米管筒状物，经水浴后连续收集、干燥；
（4）重复步骤（2）-（3）0-9次，干燥，得到碳纳米管包覆纱，其中，每次重复时，步骤（2）采用的纱线为上一个步骤（3）得到的产物。
8.采用如权利要求7所述的一种在基材上包覆碳纳米管的方法制得的一种碳纳米管包覆纱，其特征在于，由纱线以及包覆在纱线表面的碳纳米管层组成。
9.如权利要求8所述的一种碳纳米管包覆纱的应用，其特征在于，将碳纳米管包覆纱通过织造方式制成导电织物。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，导电织物应用于柔性超级电容器中，电化学测试表明，经过5000次弯曲后柔性超级电容器的电容为电容初始值的95%以上；导电织物应用于可穿戴加热器中，电热测试表明，当施加5V的电压后，导电织物在15s内到达饱和温度。
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Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100065981A1 (en) * 2008-09-18 2010-03-18 Tsinghua University Method for fabricating carbon nanotube yarn
US20110151254A1 (en) * 2008-09-02 2011-06-23 National University Corp. Hokkaido University Electro-conductive fibers with carbon nanotubes adhered thereto, electro-conductive yarn, fibers structural object, and production processes thereof
WO2012108607A1 (ko) * 2011-02-07 2012-08-16 숭실대학교 산학협력단 탄소나노튜브 섬유제조
US20130090030A1 (en) * 2010-06-03 2013-04-11 Devan Chemicals Nv Coated fibres, yarns and textiles
CN103306132A (zh) * 2012-03-15 2013-09-18 苏州捷迪纳米科技有限公司 碳纳米管纤维-石墨烯复合材料及其制备方法
KR20170062279A (ko) * 2015-11-27 2017-06-07 주식회사 엘지화학 탄소나노튜브섬유 제조장치 및 이를 이용한 탄소나노튜브섬유 제조방법
CN107815755A (zh) * 2017-09-04 2018-03-20 东莞市明骏智能科技有限公司 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
CN108301109A (zh) * 2018-03-27 2018-07-20 东华大学 一种碳纳米管纤维针织物及其制备方法
KR20180119288A (ko) * 2017-04-25 2018-11-02 주식회사 제이오 탄소나노튜브 섬유 제조 장치
US10246333B1 (en) * 2017-12-11 2019-04-02 Korea Institute Of Science And Technology Method for continuous manufacture of cntf having high strength and high conductivity
CN109929248A (zh) * 2019-04-02 2019-06-25 浙江理工大学 碳纳米管纤维/聚二甲基硅氧烷复合导电弹性体的制备方法
US20190233976A1 (en) * 2016-10-31 2019-08-01 Lg Chem, Ltd. Method for producing carbon nanotube fiber aggregate having improved level of alignment
CN112760974A (zh) * 2021-01-22 2021-05-07 浙江清华柔性电子技术研究院 碳纳米管-铜复合纤维及其制备方法
CN113380984A (zh) * 2021-06-08 2021-09-10 复旦大学 一种柔性钠空气纤维电池及其制备方法
CN114284074A (zh) * 2021-12-29 2022-04-05 东华大学 一种碳纳米管/棉混编织物材料及其制备和应用
CN115627569A (zh) * 2022-10-08 2023-01-20 江苏大学 一种利用超级加捻实现大应变人工肌肉的制作方法
CN116497596A (zh) * 2023-03-15 2023-07-28 大连工业大学 一种单壁碳纳米管/柔性织物复合电热膜及其制备方法和应用
CN116769302A (zh) * 2023-07-04 2023-09-19 广德天运新技术股份有限公司 基于cnt纤维焦耳热固化树脂增强基体、复合纤维及制备方法

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110151254A1 (en) * 2008-09-02 2011-06-23 National University Corp. Hokkaido University Electro-conductive fibers with carbon nanotubes adhered thereto, electro-conductive yarn, fibers structural object, and production processes thereof
US20100065981A1 (en) * 2008-09-18 2010-03-18 Tsinghua University Method for fabricating carbon nanotube yarn
US20130090030A1 (en) * 2010-06-03 2013-04-11 Devan Chemicals Nv Coated fibres, yarns and textiles
WO2012108607A1 (ko) * 2011-02-07 2012-08-16 숭실대학교 산학협력단 탄소나노튜브 섬유제조
CN103306132A (zh) * 2012-03-15 2013-09-18 苏州捷迪纳米科技有限公司 碳纳米管纤维-石墨烯复合材料及其制备方法
KR20170062279A (ko) * 2015-11-27 2017-06-07 주식회사 엘지화학 탄소나노튜브섬유 제조장치 및 이를 이용한 탄소나노튜브섬유 제조방법
US20190233976A1 (en) * 2016-10-31 2019-08-01 Lg Chem, Ltd. Method for producing carbon nanotube fiber aggregate having improved level of alignment
KR20180119288A (ko) * 2017-04-25 2018-11-02 주식회사 제이오 탄소나노튜브 섬유 제조 장치
CN107815755A (zh) * 2017-09-04 2018-03-20 东莞市明骏智能科技有限公司 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
US10246333B1 (en) * 2017-12-11 2019-04-02 Korea Institute Of Science And Technology Method for continuous manufacture of cntf having high strength and high conductivity
CN108301109A (zh) * 2018-03-27 2018-07-20 东华大学 一种碳纳米管纤维针织物及其制备方法
CN109929248A (zh) * 2019-04-02 2019-06-25 浙江理工大学 碳纳米管纤维/聚二甲基硅氧烷复合导电弹性体的制备方法
CN112760974A (zh) * 2021-01-22 2021-05-07 浙江清华柔性电子技术研究院 碳纳米管-铜复合纤维及其制备方法
CN113380984A (zh) * 2021-06-08 2021-09-10 复旦大学 一种柔性钠空气纤维电池及其制备方法
CN114284074A (zh) * 2021-12-29 2022-04-05 东华大学 一种碳纳米管/棉混编织物材料及其制备和应用
CN115627569A (zh) * 2022-10-08 2023-01-20 江苏大学 一种利用超级加捻实现大应变人工肌肉的制作方法
CN116497596A (zh) * 2023-03-15 2023-07-28 大连工业大学 一种单壁碳纳米管/柔性织物复合电热膜及其制备方法和应用
CN116769302A (zh) * 2023-07-04 2023-09-19 广德天运新技术股份有限公司 基于cnt纤维焦耳热固化树脂增强基体、复合纤维及制备方法

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