本發(fā)明屬于柔性導(dǎo)電材料領(lǐng)域，特別涉及一種基于碳納米管的導(dǎo)電棉織物的制備方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著儲(chǔ)能材料的不斷發(fā)展，柔性超級(jí)電容器日益成為研究熱點(diǎn)，它不僅具有良好的儲(chǔ)能性能，而且具有優(yōu)異的彎曲性能，可適應(yīng)于柔性電子設(shè)備和可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域。用于柔性超級(jí)電容器制備的材料主要有碳材料、導(dǎo)電聚合物和金屬氧化物，其中碳材料具有其他兩種材料所無(wú)法比擬的化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于超級(jí)電容器的制備。除此之外，碳納米管的比表面積大，可存儲(chǔ)大量電荷；密度小，利于制備輕柔的超級(jí)電容器材料；并且電導(dǎo)率高，利于電荷的傳遞。因而，將碳納米管和織物進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用于柔性超級(jí)電容器領(lǐng)域，不僅為提高超級(jí)電容器的柔性起到重要作用，而且碳納米管的高比表面積和導(dǎo)電性為進(jìn)一步與其他電極材料復(fù)合提高電容量打下了良好的基礎(chǔ)。

但在碳納米管與織物結(jié)合進(jìn)行電極材料的制備中，主要存在碳納米管吸附難，負(fù)載量低的問(wèn)題。曾有研究者通過(guò)對(duì)碳納米管進(jìn)行酸化改性，生成羧基和羥基，以提高其親水性和對(duì)棉織物的親和力，再通過(guò)反復(fù)“浸漬-烘干”的方法進(jìn)行棉織物對(duì)碳納米管的吸附。該方法操作繁瑣，效率低，并且碳納米管在織物上的負(fù)載量低，劉彩虹等制備的聚吡咯/多壁碳納米管/棉復(fù)合柔性電極的碳納米管的負(fù)載量為0.4mg/cm²左右，Wei Chen等在海綿上負(fù)載碳納米管，得到約為0.24mg/cm²的碳納米管負(fù)載量，F(xiàn)ushao等制備的聚苯胺/石墨烯/滌綸復(fù)合柔性電極的石墨烯負(fù)載量為2.1％左右。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于碳納米管的導(dǎo)電棉織物的制備方法，該方法不僅可以提高碳納米管的負(fù)載量，而且可以提高導(dǎo)電棉織物的導(dǎo)電性和比電容；制備的導(dǎo)電棉織物具有碳納米管負(fù)載量高、導(dǎo)電性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具備質(zhì)量輕柔的特點(diǎn)，適于制備柔性超級(jí)電容器。

本發(fā)明的一種基于碳納米管的導(dǎo)電棉織物的制備方法，包括：

(1)將羧基化碳納米管與氨基化碳納米管混合并加入到去離子水中，然后加入表面活性劑，攪拌，分散，得到碳納米管分散液；

(2)將棉織物浸入碳納米管分散液中進(jìn)行熱處理，然后取出烘干，水洗，室溫晾干，即得基于碳納米管的導(dǎo)電棉織物；其中，棉織物、羧基化碳納米管與氨基化碳納米管質(zhì)量比為1:0.3：0.03-0.15。

所述步驟(1)中的碳納米管的總量(羧基化碳納米管與氨基化碳納米管的總量)與表面 活性劑的質(zhì)量比為1:1。

所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。

所述步驟(2)中的熱處理?xiàng)l件為：以5-6℃/min升溫到130-140℃，處理60-100min。

所述步驟(2)中的烘干溫度為100℃。

本發(fā)明采用商業(yè)化的羧基化碳納米管和氨基化碳納米管進(jìn)行復(fù)合，這兩種碳納米管對(duì)織物具有良好的親水性，并對(duì)棉織物具有親和力；然后在高溫高壓的條件下，采用浸漬法促使碳納米管與棉織物結(jié)合，從而制備高密度堆積的碳納米管/棉復(fù)合材料。

有益效果

(1)本發(fā)明不僅可以提高碳納米管的負(fù)載量，而且可以提高導(dǎo)電棉織物的導(dǎo)電性和比電容；制備的導(dǎo)電棉織物具有碳納米管負(fù)載量高、導(dǎo)電性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具備質(zhì)量輕柔的特點(diǎn)，適于制備柔性超級(jí)電容器；

(2)本發(fā)明制備過(guò)程中采用了紅外線(xiàn)打樣機(jī)，提高了效率，簡(jiǎn)化了工藝，具有省時(shí)高效的特點(diǎn)，為批量生產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1-5得到的導(dǎo)電棉織物的循環(huán)伏安曲線(xiàn)測(cè)試圖；

圖2為棉織物(a)和實(shí)施例5得到的導(dǎo)電棉織物(b)的數(shù)碼照片以及實(shí)施例5得到的導(dǎo)電棉織物的掃描電鏡圖(c)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。

實(shí)施例1

(1)碳納米管溶液的制備：

將羧基化碳納米管和氨基化碳納米管混合，加入到35ml去離子水中，然后加入十二烷基苯磺酸鈉(與碳納米管的總質(zhì)量比例為1:1)，攪拌，然后使用均質(zhì)機(jī)進(jìn)行分散，得到碳納米管分散液。

(2)導(dǎo)電棉織物的制備：

將棉織物與上述碳納米管分散液放在紅外線(xiàn)打樣機(jī)中進(jìn)行處理，處理?xiàng)l件為5℃/min升溫到135℃，處理70min；然后取出，在100℃烘箱中烘干；最后水洗，室溫晾干；其中，棉織物、羧基化碳納米管與氨基化碳納米管質(zhì)量比為1:0.3:0.03。

實(shí)施例2

(1)碳納米管溶液的制備：

將羧基化碳納米管和氨基化碳納米管混合，加入到35ml去離子水中，然后加入十二烷基苯磺酸鈉(與碳納米管的總質(zhì)量比例為1:1)，攪拌，然后使用均質(zhì)機(jī)進(jìn)行分散，得到碳納米管分散液。

(2)導(dǎo)電棉織物的制備：

將棉織物與上述碳納米管分散液放在紅外線(xiàn)打樣機(jī)中進(jìn)行處理，處理?xiàng)l件為5℃/min升溫到135℃，處理70min；然后取出，在100℃烘箱中烘干；最后水洗，室溫晾干；其中，棉織物、羧基化碳納米管與氨基化碳納米管質(zhì)量比為1:0.3:0.06。

實(shí)施例3

(1)碳納米管溶液的制備：

將羧基化碳納米管和氨基化碳納米管混合，加入到35ml去離子水中，然后加入十二烷基苯磺酸鈉(與碳納米管的總質(zhì)量比例為1:1)，攪拌，然后使用均質(zhì)機(jī)進(jìn)行分散，得到碳納米管分散液。

(2)導(dǎo)電棉織物的制備：

將棉織物與上述碳納米管分散液放在紅外線(xiàn)打樣機(jī)中進(jìn)行處理，處理?xiàng)l件為5℃/min升溫到135℃，處理70min；然后取出，在100℃烘箱中烘干；最后水洗，室溫晾干；其中，棉織物、羧基化碳納米管與氨基化碳納米管質(zhì)量比為1:0.3:0.09。

實(shí)施例4

(1)碳納米管溶液的制備：

將羧基化碳納米管和氨基化碳納米管混合，加入到35ml去離子水中，然后加入十二烷基苯磺酸鈉(與碳納米管的總質(zhì)量比例為1:1)，攪拌，然后使用均質(zhì)機(jī)進(jìn)行分散，得到碳納米管分散液。

(2)導(dǎo)電棉織物的制備：

將棉織物與上述碳納米管分散液放在紅外線(xiàn)打樣機(jī)中進(jìn)行處理，處理?xiàng)l件為5℃/min升溫到135℃，處理70min；然后取出，在100℃烘箱中烘干；最后水洗，室溫晾干；其中，棉織物、羧基化碳納米管與氨基化碳納米管質(zhì)量比為1:0.3:0.12。

實(shí)施例5

(1)碳納米管溶液的制備：

將羧基化碳納米管和氨基化碳納米管混合，加入到35ml去離子水中，然后加入十二烷基苯磺酸鈉(與碳納米管的總質(zhì)量比例為1:1)，攪拌，然后使用均質(zhì)機(jī)進(jìn)行分散，得到碳納米管分散液。

(2)導(dǎo)電棉織物的制備：

將棉織物與上述碳納米管分散液放在紅外線(xiàn)打樣機(jī)中進(jìn)行處理，處理?xiàng)l件為5℃/min升溫到135℃，處理70min；然后取出，在100℃烘箱中烘干；最后水洗，室溫晾干；其中，棉織物、羧基化碳納米管與氨基化碳納米管質(zhì)量比為1:0.3:0.15。

上述實(shí)施例中，碳納米管購(gòu)自北京博宇有限公司，性能參數(shù)如表1。其他所用試劑均為分析純級(jí)別，在使用過(guò)程中無(wú)需進(jìn)一步提純。紅外打樣機(jī)購(gòu)自蘇州絲達(dá)樂(lè)印染機(jī)械有限公司，儀器型號(hào)為DL-6000Plus(Starle-3)；使用RTS-9型雙電測(cè)四探針測(cè)試儀(廣州矽美科技有限公司)測(cè)試方阻。使用上海辰華儀器有限公司的電化學(xué)工作站CHI660E進(jìn)行循環(huán)伏安曲線(xiàn)的測(cè)試，其中工作電極為碳納米管/棉復(fù)合物，對(duì)電極為鉑電極，參比電極為甘汞電極，掃描速率分別為0.01V/s，電解質(zhì)溶液為4mol/L NaCl溶液，并根據(jù)公式(1)計(jì)算比電容。

其中，C表示比電容的大小，單位是F/g；I表示電流，單位是A；V表示電壓，單位是V；f表示電壓的掃描速率，單位是mV/s；m表示活性物質(zhì)的質(zhì)量，單位是g。

表1 碳納米管的性能參數(shù)

從表2中可以得出，織物、羧基化與氨基化碳納米管的質(zhì)量比在1:0.3:0.12～0.15之間可獲得較高的增重率和較好的導(dǎo)電性。

從圖2中可以看出，實(shí)施例2～5的循環(huán)伏安曲線(xiàn)趨于矩形，具有較好的雙電容性質(zhì)，經(jīng)計(jì)算，比電容值在3.5～4.5F/g之間。

表2 實(shí)施例1-5的導(dǎo)電棉織物的測(cè)試結(jié)果