CN220182782U - 具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统 - Google Patents
具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220182782U CN220182782U CN202320604098.6U CN202320604098U CN220182782U CN 220182782 U CN220182782 U CN 220182782U CN 202320604098 U CN202320604098 U CN 202320604098U CN 220182782 U CN220182782 U CN 220182782U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- roller
- nano tube
- carbon
- carbon nano
- 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.)
- Active
Links
- 239000002238 carbon nanotube film Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 68
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 67
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 67
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims abstract description 6
- WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N Benzyl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 7
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 235000019445 benzyl alcohol Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N diacetone alcohol Natural products CC(=O)CC(C)(C)O SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004050 hot filament vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- WVDDGKGOMKODPV-ZQBYOMGUSA-N phenyl(114C)methanol Chemical compound O[14CH2]C1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-ZQBYOMGUSA-N 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统，包括依次设置的管式炉、水池、收集辊、浸润装置和轧辊；管式炉用于连续制备碳纳米管气凝胶；水池用于浸湿碳纳米管气凝胶，得到扁带状碳纳米管；收集辊围绕其转轴做圆周运动，用于牵拉并收集扁带状碳纳米管；浸润装置用于浸润收集辊上收集的碳纳米管；轧辊用于轧制浸润后的碳纳米管，得到具有取向纤维的碳纳米管薄膜。本实用新型通过收集辊对扁带状碳纳米管的牵拉及浸润后的轧制，使得碳纳米管具有致密取向，从而提高了制备所得碳纳米管纤维的力学性能及碳纳米管薄膜的力学和电学性能。本实用新型的装置简单，制备成本低且简单易操作。
Description
技术领域
本实用新型公开了一种具有取向纤维的碳纳米管的制备系统，属于碳纳米管制备技术领域。
背景技术
碳纳米管(CNT)具有密度低、强度高、导电性好、导热性能好等优点，引起了科学家和工程技术人员的广泛关注。碳纳米管薄膜作为碳纳米管的二维宏观材料，具有广泛的应用范围。
现有技术中，制备碳纳米管薄膜的主要方法有溶液沉积法，碳纳米管阵列纺丝和浮动催化化学气相沉积(FCCVD)。通常情况下，通过溶液沉积方法制备碳纳米管薄膜具有较低的取向性，低密度和差的纯度。碳纳米管阵列法可以利用碳纳米管阵列纺制出具有良好取向性和优异力学性能的碳纳米管薄膜。然而，由于碳纳米管阵列的生产工艺复杂，成本较高。FCCVD法是一种很有前途的方法，具有良好的连续性。该碳纳米管膜尺寸可以通过控制收丝规模和时间，调整薄膜的尺寸，因此是一个大规模的制备碳纳米管薄膜的方法。此外，FCCVD法制备碳纳米管薄膜使用的是低成本的原材料，所要求的生产成本相当低。但是由于碳纳米管束的无序排列，薄膜内部碳纳米管束排布无序，致密度较低，纤维的综合性能较差。
实用新型内容
本申请的目的在于，提供一种具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统，以解决现有技术中利用浮动催化化学气相沉积法制备得到的碳纳米管束排布无序，致密度较低，综合性能差的技术问题。
本实用新型提供了一种具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统，包括依次设置的碳纳米管制备装置、收集辊、浸润装置和轧辊；
所述碳纳米管制备装置用于连续制备碳纳米管；
所述收集辊围绕其转轴做圆周运动，用于牵拉并收集所述碳纳米管；
所述浸润装置用于浸润所述收集辊上收集的碳纳米管；
所述轧辊用于轧制浸润后的碳纳米管，得到具有取向纤维的碳纳米管薄膜。
优选地，所述碳纳米管制备装置包括管式炉和水池；
所述管式炉包括进料口、进气口和出料口；
所述进料口用于接收液态有机碳氢化合物以及催化剂，所述进气口用于接收载气；
所述水池设置于所述出料口的下方，用于浸湿从所述出料口飘出的气凝胶，得到扁带状碳纳米管。
优选地，所述浸润装置为喷雾装置。
优选地，所述轧辊包括工作辊和与所述工作辊配合的支撑辊；
所述工作辊与所述支撑辊之间的压力为100-3000N。
优选地，还包括烘干装置；
所述烘干装置设置于所述浸润装置和所述轧辊之间。
优选地，所述管式炉内的反应温度为1100℃-1300℃。
优选地，所述液态有机碳氢化合物为酒精、丙酮、苯甲醇中的一种。
优选地，所述催化剂含Fe和S的催化剂。
本实用新型的具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统，相较于现有技术，具有如下有益效果：
本实用新型通过收集辊对碳纳米管的牵拉及浸润后的轧制，使得碳纳米管具有致密取向，从而提高了制备所得碳纳米管纤维的力学性能及碳纳米管薄膜的力学和电学性能。本实用新型的装置简单，制备成本低且简单易操作。
附图说明
图1为本实用新型实施例中具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中制备所得碳纳米管薄膜的微观形貌图；
图3为本实用新型实施例中制备所得碳纳米管薄膜的拉曼光谱表征结果图。
图中，1为进料口；2为进气口；3为扁带状碳纳米管；4为收集辊；5为浸润装置；6为浸润后的碳纳米管；7为轧辊；8为碳纳米管薄膜；9为水池。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。
本实用新型提供了一种具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统，如图1所示，包括依次设置的碳纳米管制备装置、收集辊4、浸润装置5和轧辊7；
碳纳米管制备装置用于连续制备碳纳米管；
收集辊4围绕其转轴做圆周运动，用于牵拉并收集碳纳米管；
浸润装置5用于浸润收集辊4上收集的碳纳米管，得到浸润后的碳纳米管6；
轧辊7用于轧制浸润后的碳纳米管6，得到具有取向纤维的碳纳米管薄膜8。
本实用新型通过收集辊对碳纳米管的牵拉及浸润后的轧制，使得碳纳米管具有致密取向，从而提高了制备所得碳纳米管纤维的力学性能及碳纳米管薄膜的力学和电学性能。本实用新型的装置简单，制备成本低且简单易操作。
本实用新型的碳纳米管制备装置包括管式炉和水池9；
管式炉包括进料口1、进气口2和出料口；
进料口1用于接收液态有机碳氢化合物以及催化剂，进气口2用于接收载气；水池9设置于出料口的下方，用于浸湿从出料口飘出的气凝胶，得到扁带状碳纳米管3。
本实用新型中，使用垂直的氧化铝管式炉，该炉内的反应温度为1100℃-1300℃，液态有机碳氢化合物为酒精、丙酮、苯甲醇中的一种，催化剂含Fe和S的催化剂，具体为溶解着二茂铁、噻吩和去离子水，载气为氢气和氩气的混合气体。操作时，将配制好的液态有机碳氢化合物溶液以及催化剂分别通过进料口和进气口以一定速率注入管式炉内进行高温区反应。
在这个过程中，数以百万计的碳纳米管自发在高温下生长，并形成一个连续的袜筒状的气凝胶；气凝胶被载气驱动从炉管内飘出，通过水后，像袜筒状的气凝胶转化为扁带形状。
接着，产生的扁带状碳纳米管绕着锭子绕轴旋转并水平移动。收集好的扁带状碳纳米管浸润装置进行浸润致密，浸润装置内使用的浸润液为易挥发性溶液即可，例如乙醇、水、丙酮等。在浸润液蒸发后形成一层疏松的碳纳米管，然后从主轴上剥离出来。
本实施例中的浸润装置5为喷雾装置，从而实现缓慢均匀地浸润收集辊上的碳纳米管。
为了提高所得到的碳纳米管膜的完整性，本实用新型实施例使用轧辊多次反复轧制浸润后的碳纳米管，从而提升最终制备所得碳纳米管薄膜的堆积密度及取向性。在轧制过程中，浸润后的碳纳米管被放置在工作辊和支撑辊之间，然后在两个辊子之间轧制。在每次轧制之前，辊之间的间隙调整为零；在轧辊上施加100-3000N的压力以提高压坯力，轧制过程重复多次，保证致密化效果。
优选地，还包括烘干装置(图中为示出)；
烘干装置设置于浸润装置5和轧辊7之间，用于烘干浸润后的碳纳米管，保证轧制后所得碳纳米管纤维具有致密的取向。
本实用新型通过收集辊对碳纳米管的牵拉及浸润后的轧制，使得碳纳米管具有致密取向，从而提高了制备所得碳纳米管纤维的力学性能及碳纳米管薄膜的综合性能。本实用新型的装置简单，制备成本低且简单易操作。
下面，将以更为具体的实施例详述本制备系统。
以苯甲醇为碳源，制备的溶液中另外包括二茂铁(0.5-4.2％wt)、噻吩(3.7-5.5％wt)和去离子水(15-30％wt)；优选的溶液成分包括二茂铁(3.5-4.0％wt)、噻吩(4.2-4.6％wt)，去离子水(25-28％wt)；具体为二茂铁(4.0％wt)、噻吩(4.5％wt)和去离子水(25％wt)；
配好的溶液用注射泵注射进入管式炉内，注射速度为0.5-2.5ml/min，优选的，注射速度为1.1-1.3ml/min，具体注射速度为1.2ml/min。
在管式炉内使用纯Ar气体生长制备碳纳米管纤维；反应区温度为1100℃-1300℃，优选的，反应温度在1220℃-1250℃，具体为1250℃。
经收集辊缠绕收集，收集速率为5-25m/min，优选的，收集速率为18-20m/min，具体为20m/min。
收集的碳纳米管纤维经喷洒乙醇致密，成膜后从收丝轴上剥离下来，进行轧制处理。
轧制过程施加300-2000N的压力，优选的压力为500-1500N，进一步优选的压力为800-1000N，具体为1000N。过程重复2-3次，具体为3次，获得致密薄膜。所述碳纳米管薄膜的微观形貌如图2所示，可见具有致密的取向。拉曼光谱表征结果如图3所示。根据图3可得，IG/ID比值为4.45，薄膜的质量良好。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (7)
1.一种具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统，其特征在于，包括依次设置的管式炉、水池、收集辊、浸润装置和轧辊；
所述管式炉用于连续制备碳纳米管气凝胶；
所述水池用于浸湿所述碳纳米管气凝胶，得到扁带状碳纳米管；
所述收集辊围绕其转轴做圆周运动，用于牵拉并收集所述扁带状碳纳米管；
所述浸润装置用于浸润所述收集辊上收集的碳纳米管；
所述轧辊用于轧制浸润后的碳纳米管，得到具有取向纤维的碳纳米管薄膜。
2.根据权利要求1所述的具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统，其特征在于，所述管式炉包括进料口、进气口和出料口；
所述进料口用于接收液态有机碳氢化合物以及催化剂，所述进气口用于接收载气；
所述水池设置于所述出料口的下方，用于浸湿从所述出料口飘出的气凝胶，得到扁带状碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统，其特征在于，所述浸润装置为喷雾装置。
4.根据权利要求1所述的具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统，其特征在于，所述轧辊包括工作辊和与所述工作辊配合的支撑辊；
所述工作辊与所述支撑辊之间的压力为100-3000N。
5.根据权利要求1所述的具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统，其特征在于，还包括烘干装置；
所述烘干装置设置于所述浸润装置和所述轧辊之间。
6.根据权利要求2所述的具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统，其特征在于，所述管式炉内的反应温度为1100℃-1300℃。
7.根据权利要求2所述的具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统，其特征在于，所述液态有机碳氢化合物为酒精、丙酮、苯甲醇中的一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320604098.6U CN220182782U (zh) | 2023-03-24 | 2023-03-24 | 具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320604098.6U CN220182782U (zh) | 2023-03-24 | 2023-03-24 | 具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220182782U true CN220182782U (zh) | 2023-12-15 |
Family
ID=89106748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202320604098.6U Active CN220182782U (zh) | 2023-03-24 | 2023-03-24 | 具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220182782U (zh) |
-
2023
- 2023-03-24 CN CN202320604098.6U patent/CN220182782U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104176722B (zh) | 一种高取向高强度的阵列牵伸碳纳米管薄膜及其制备方法 | |
| CN113913970A (zh) | 一种高性能纳米碳纤维及其连续制备的方法 | |
| CN109437157B (zh) | 一种单壁碳纳米管的浮动催化剂化学气相沉积方法 | |
| KR100901846B1 (ko) | 탄소나노튜브 직접성장법과 백금 나노촉매의 담지를 위한화학기상증착법을 적용한 연료전지용 셀룰로스 전극의제조방법, 셀룰로스 전극 및 셀룰로스 섬유의 연료전지용전극으로서의 용도 | |
| CN104310372B (zh) | 一种在纤维基底上直接生长碳纳米管阵列的方法 | |
| CN103253647B (zh) | 一种在碳纤维纸基底上直接生长碳纳米管阵列的方法 | |
| CN111155217A (zh) | 一种提高碳纳米管纤维取向度与导电性的方法 | |
| CN112941680B (zh) | 一种碳纳米管纤维负载纳米氧化铁复合材料的制备方法 | |
| CN110685039B (zh) | 一种批量生产碳纳米管纤维的方法 | |
| CN110517900B (zh) | 一种超级电容器用氮掺杂低温碳纳米纤维电极材料的制备方法 | |
| CN108264034A (zh) | 源于木材的多孔碳上生长螺旋状碳纳米管的方法 | |
| CN111170309A (zh) | 一种超长少壁碳纳米管阵列的制备方法 | |
| CN103922311A (zh) | 一种高取向高致密化碳纳米管膜及其制备方法 | |
| CN114808196B (zh) | 碳纳米管制备装置、其注入组件及碳纳米管制备方法 | |
| Zhang et al. | Facile fabrication of large scale microtubes with a natural template—Kapok fiber | |
| CN220182782U (zh) | 具有取向纤维的碳纳米管薄膜的制备系统 | |
| CN112853546B (zh) | 制作碳纳米管纤维的装置及方法 | |
| CN111847427A (zh) | 碳纳米管薄膜制备方法 | |
| CN107986261B (zh) | 制备超大尺寸碳纳米管三维多孔块体的装置和方法 | |
| CN116354338A (zh) | 一种短时快速高温热冲击处理MOF表面生长CNTs的方法 | |
| CN108003344B (zh) | 一种自支撑聚苯胺纳米丛的制备方法与装置 | |
| CN114318664B (zh) | 一种具有取向结构的柔韧碳纳米纤维膜及其制备方法 | |
| CN210104135U (zh) | 一种连续制备硅纳米纤维的气相纺丝装置 | |
| CN111017907B (zh) | 一种富氮、磷掺杂无定形碳/石墨碳纳米复合物粉体大规模生产方法 | |
| CN113957570B (zh) | 一种制备多壁高纯碳纳米管纤维的装置及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |