CN1327093A - 高弹性螺旋状碳纤维及其制备方法 - Google Patents

高弹性螺旋状碳纤维及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1327093A
CN1327093A CN00108831A CN00108831A CN1327093A CN 1327093 A CN1327093 A CN 1327093A CN 00108831 A CN00108831 A CN 00108831A CN 00108831 A CN00108831 A CN 00108831A CN 1327093 A CN1327093 A CN 1327093A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon fibre
little
catalyst
screw carbon
high elastic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN00108831A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1113990C (zh
Inventor
陈秀琴
元岛栖二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huaqiao University
Original Assignee
Huaqiao University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huaqiao University filed Critical Huaqiao University
Priority to CN00108831A priority Critical patent/CN1113990C/zh
Publication of CN1327093A publication Critical patent/CN1327093A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1113990C publication Critical patent/CN1113990C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Inorganic Fibers (AREA)

Abstract

本发明提供一种高弹性微旋管状碳纤维及其制备方法。溶有少量杂质的烃,在金属或其氧化物催化剂、含S或P不纯物作用下,在H2/N2气氛中化学气相沉积制备而成。其特点在于:控制气流量C2H2/H2=1/4～1/6,C2H2/N2=0.5～1、温度700～800℃;产物旋管直径D=1～50μm,螺距P=0.01～5μm,可以拉伸到1.1－20倍。控制不同的反应条件,就可以宏量制备不同微观尺寸的产物。该纤维构型类似遗传因子DNA,具有特异力学性能和电磁性能。

Description

高弹性螺旋状碳纤维及其制备方法
本发明叙述了一种高弹性螺旋状碳纤维及其制备方法。采用化学气相沉积法(CVD法)，以乙炔或丙烷等碳氢化合物为碳源，以H2为还原气体，N2为稀释气体，在Ni、Nb、Ti等催化剂，以及噻吩、PCl3等少量不纯物作用下，在700～800℃进行制备的高弹性微螺旋状碳纤维材料。
1953年Nature登载关于在金属催化剂存在下，使一氧化碳不平衡分解，观察到了旋卷状碳纤维的报道，但是，因为其再现性和收率很差，工业化可能性未与考虑。目前工业上碳纤维都是直线状的，具有分散性差，容易从基体中拔出，伸展性小，耐冲击性差等缺点。
近年日本的元岛栖二教授发现，采用化学气相沉积法，通过热裂解烃可合成崭新形态的，且具有良好再现性的微螺旋状碳纤维，是由两根亚纤维成对地、比较紧密地卷成旋管，中央是空的。但是，由于螺距很小，螺旋管直径(3～7μm)也较小，弹性小，所以尚未能开发应用。
本发明用化学气相沉积法，以溶有少量杂质的碳氢化合物为碳源，以H2为还原气体，N2为稀释气体(气体流量C2H2/H2＝1/4～1/6，，C2H2/N2＝0.5～1)，在催化剂和不纯物的作用下，在700～800℃下反应，形成微螺旋状碳纤维，沉积在石墨或或Ni、W等金属基板上。有效地合成一系列直径D＝10～40μm，螺距P＝1～5μm，可以拉伸到(3-25倍)的高弹性微螺旋状碳纤维。组成高弹性微螺旋状碳纤维的亚纤维直径为0.1～1μm。反应时间2小时后相应长度3～6mm。控制不同反应条件，就可以获得不同微观尺寸，同时具有不同弹性。
所用的碳氢化合物为乙炔或丙烷等；催化剂包括Nb、Ni、Ti等；不纯物包括噻吩、PCl3等。
高弹性微螺旋状碳纤维化学组成C：97.5～98.2％，H：1％～1.4％，S或P：0.03～0.09％；密度1.8～1.9；表面积为80～120m2/g；体积电阻为0.1～1Ω.cm；显微结构是均匀的非结晶质。
高弹性旋管状碳纤维的结构类似于遗传因子DNA，具有直线状碳纤维(如气相成长碳纤维VGCF)所没有的特异力学性能(有弹性，耐冲击)和电磁性能(可吸收电磁波)等特异性能，是理想的填充材料，并可应用于电磁波的隐身与防害材料，能量吸收材料，气体吸收材料，微机械组件，传感器，电极材料，生化反应催化剂等领域。特别在军事、航空航天、电磁波的隐身与防害上有广阔的应用前景。
微旋管状碳纤维的合成条件微妙复杂，各因素之间强烈地相互制约。原有合成方法上注重提高微旋管状碳纤维的长度和规正性，所以经大量研究获得了所谓的标准生长条件：反应温度760～790℃，C2H2/H2＝1/4～1/6，，C2H2/N2＝0.5～1，C4H4S0.6～0.8mol％，基板水平地置于平行的反应管中央，在该标准生长条件下的产物垂直于基板向上生长，螺旋管直径5μm左右，两根纤维成对地、比较紧密地卷成旋管，由于螺径和螺距小，弹性也小。
本发明的构思是这样的：由于金属催化剂晶粒的不同晶体面对碳沉积的催化作用具有各向异性，是形成微螺旋状碳纤维的推动力。各向异性大小强烈地受到半熔体组成(金属，炭，硫和氢等元素)的影响。在一定的催化剂，不纯物和温度条件下，控制反应气组成，就能控制各向异性的大小，从而获得不同微观形态和尺寸的微螺旋状碳纤维，有效地合成一系列高弹性微螺旋状碳纤维的方法。突破目前该材料在弹性方面的局限。
                              实施例一
透明石英制竖式外热式反应管的中央，水平放入一涂有催化剂Nb粉末的石墨基板。从上部通入原料气体，组成如下：以溶有少量丙酮杂质的乙炔为碳源，PCl3为不纯物，以H2为还原气体，N2为稀释气体。气体流量C2H2＝50sccm，H2＝250sccm，N2＝120sccm，PCl31.0sccm，在750～760℃下进行气相沉积反应2小时，微螺旋状碳纤维沉积在石墨基板上，获得产率为3.8％(按C2H2计)，旋管直径10～15μm，螺距1～2μm的不规则微螺旋状碳纤维，具有高弹性，可以拉伸到3～5倍。
                              实施例二
透明石英制横式外热式反应管的中央，水平放入一涂有Ti粉末催化剂的石墨基板。从上部通入原料气体，组成如下：以溶有少量杂质的乙炔为碳源，噻吩为不纯物，以H2为还原气体，N2为稀释气体。气体流量C2H2＝120sccm，H2＝500sccm，N2＝300sccm，噻吩4.2sccm，在750～790℃下进行气相沉积反应2小时，微螺旋状碳纤维沉积在石墨基板上，获得产率为5.3％(按C2H2计)，旋管直径12～18μm，螺距1～4μm的不规则微螺旋状碳纤维，可以拉伸到5～15倍。
                               实施例三
透明石英制横式外热式反应管，中央的垂直放入8块涂有催化剂Ni的石墨基板。从上部通入原料气体，组成如下：以溶有少量丙酮等杂质的乙炔为碳源，噻吩为不纯物，以H2为还原气体，N2为稀释气体。气体流量C2H2＝380sccm，H2＝1600sccm，N2＝800sccm，噻吩15.5sccm，在750～790℃下进行气相沉积反应2小时，产物高弹性微螺旋状碳纤维沉积在石墨基板每一个面上距离气体导入口30-40mm的区间，产率6.3％。产物为旋管直径16～40μm，螺距2～5μm的不规则微螺旋状碳纤维，螺旋单纤维可以拉伸到成直线状(10～25倍)。

Claims (1)

  1. 一种采用化学气相沉积法(CVD法)，以乙炔或丙烷等碳氢化合物为碳源，以H2为还原气体，N2为稀释气体，在Nb、Ni、Ti等催化剂，以及噻吩、PCl3等少量不纯物的作用下，在700～800℃进行制备的高弹性微螺旋状碳纤维。其特征在于：气体流量控制在C2H2/H2＝1/4～1/6，C2H2/N2＝0.5～1，产物高弹性微旋管状碳纤维的旋管直径D＝10～40μm，螺距P＝1～5μm，可以拉伸到(3-25倍)。
CN00108831A 2000-06-07 2000-06-07 高弹性螺旋状碳纤维及其制备方法 Expired - Fee Related CN1113990C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN00108831A CN1113990C (zh) 2000-06-07 2000-06-07 高弹性螺旋状碳纤维及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN00108831A CN1113990C (zh) 2000-06-07 2000-06-07 高弹性螺旋状碳纤维及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1327093A true CN1327093A (zh) 2001-12-19
CN1113990C CN1113990C (zh) 2003-07-09

Family

ID=4579313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN00108831A Expired - Fee Related CN1113990C (zh) 2000-06-07 2000-06-07 高弹性螺旋状碳纤维及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1113990C (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100439242C (zh) * 2006-12-26 2008-12-03 华东理工大学 制备螺旋纳米碳纤维的方法
CN102505111A (zh) * 2011-11-07 2012-06-20 青岛科技大学 用铜基板一步制备纳米碳纤维薄膜的方法
CN104291313A (zh) * 2014-09-26 2015-01-21 青岛科技大学 一种纳米碳纤维的制备方法
CN107761194A (zh) * 2017-10-27 2018-03-06 泉州工艺美术职业学院 一种多重纳米碳丝复合碳纤维及其制备方法
CN109130367A (zh) * 2018-06-27 2019-01-04 阿斯福特纺织（漳州）有限公司 一种高弹棉质面料的成型工艺
CN109505020A (zh) * 2018-12-12 2019-03-22 广东双虹新材料科技有限公司 一种含有线圈状碳纤维的粘胶纤维纺丝液、其制备方法及其粘胶纤维

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1328424C (zh) * 2004-04-23 2007-07-25 中国科学院理化技术研究所 微碳卷及其制备方法和用途

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5011566A (en) * 1989-03-15 1991-04-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method of manufacturing microscopic tube material
JP2944246B2 (ja) * 1990-09-29 1999-08-30 セントラル硝子株式会社 コイル状炭素繊維の製造方法
US5863601A (en) * 1995-07-10 1999-01-26 Research Development Corporation Of Japan Process of producing graphite fiber
CN1057940C (zh) * 1996-07-17 2000-11-01 厦门大学 过渡金属氧化物催化剂及用于制备均匀管径碳纳米管的方法
JP3844564B2 (ja) * 1997-07-18 2006-11-15 独立行政法人科学技術振興機構 中空状マイクロファイバー及びその製造法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100439242C (zh) * 2006-12-26 2008-12-03 华东理工大学 制备螺旋纳米碳纤维的方法
CN102505111A (zh) * 2011-11-07 2012-06-20 青岛科技大学 用铜基板一步制备纳米碳纤维薄膜的方法
CN104291313A (zh) * 2014-09-26 2015-01-21 青岛科技大学 一种纳米碳纤维的制备方法
CN107761194A (zh) * 2017-10-27 2018-03-06 泉州工艺美术职业学院 一种多重纳米碳丝复合碳纤维及其制备方法
CN107761194B (zh) * 2017-10-27 2020-11-10 泉州工艺美术职业学院 一种多重纳米碳丝复合碳纤维及其制备方法
CN109130367A (zh) * 2018-06-27 2019-01-04 阿斯福特纺织（漳州）有限公司 一种高弹棉质面料的成型工艺
CN109130370A (zh) * 2018-06-27 2019-01-04 阿斯福特纺织（漳州）有限公司 一种高弹棉质面料的自动化成型工艺
CN109130367B (zh) * 2018-06-27 2020-08-25 阿斯福特纺织（漳州）有限公司 一种高弹棉质面料的成型工艺
CN109505020A (zh) * 2018-12-12 2019-03-22 广东双虹新材料科技有限公司 一种含有线圈状碳纤维的粘胶纤维纺丝液、其制备方法及其粘胶纤维
CN109505020B (zh) * 2018-12-12 2021-06-22 广东双虹新材料科技有限公司 一种含有线圈状碳纤维的粘胶纤维纺丝液、其制备方法及其粘胶纤维

Also Published As

Publication number Publication date
CN1113990C (zh) 2003-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qin et al. Growing carbon nanotubes by microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition
US6986877B2 (en) Method for preparing nano-carbon fiber and nano-carbon fiber
US7687109B2 (en) Apparatus and method for making carbon nanotube array
US6558645B2 (en) Method for manufacturing carbon nanocoils
US7700048B2 (en) Apparatus for making carbon nanotube array
US20060263524A1 (en) Method for making carbon nanotube array
US20060269668A1 (en) Method for making carbon nanotube array
CN101489923A (zh) 氮化碳的制备方法
CN1545486A (zh) 碳纳米管的制备
WO2009145959A1 (en) High throughput carbon nanotube growth system, and carbon nanotubes and carbon nanofibers formed thereby
CN100432009C (zh) 碳纳米管/纳米粘土纳米复合材料及其制备方法
WO2002081371A3 (en) Chemical vapor deposition growth of single-wall carbon nanotubes
JP2001081564A (ja) 化学気相蒸着装置およびこれを用いたカーボンナノチューブ合成方法
WO2003018474A1 (en) Nanostructure synthesis
KR19990073593A (ko) 탄소나노튜브의 대량합성을 위한 화학기상증착장치.
CN1833055A (zh) 在降低的反应温度下以高产率和高选择性制备纳米碳材料的改进的催化剂和方法
CN1113990C (zh) 高弹性螺旋状碳纤维及其制备方法
US20070098623A1 (en) Method for manufacturing carbon nanotubes
JP3817703B2 (ja) コイル状炭素繊維の製造方法及び製造装置
KR20070071177A (ko) 유리 위에의 단일벽 탄소나노튜브 제조방법
Zhang et al. Large scale production of carbon nanotube arrays on the sphere surface from liquefied petroleum gas at low cost
Hachimi et al. Synthesis of nitrogen-doped carbon nanotubes using injection-vertical chemical vapor deposition: effects of synthesis parameters on the nitrogen content
KR101679693B1 (ko) 탄소나노튜브 제조방법 및 하이브리드 탄소나노튜브 복합체
Chen et al. The formation conditions of carbon nanotubes array based on FeNi alloy island films
US20050207964A1 (en) Method for synthesizing carbon nanotubes

Legal Events

Date Code Title Description
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C06 Publication
PB01 Publication
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee